Ale skrzydła muszą być efektywne również na wysokościach niewielkich i przy niskich prędkościach. Prawidłowe dopasowanie wszystkich detali to ciężki zgryz dla inżynierów i ich tuneli aerodynamicznych. Przekrój poprzeczny skrzydła, wokół którego przetacza się powietrze, nazywa się profilem lotniczym; skrzydło jest skrupulatnie wymodelowane, nie tylko w profilu, lecz również wzdłuż rozpiętości – jego kształt i grubość zmieniają się od przodu po tylną krawędź i od nasady po czubek, zgodnie z kalkulacjami aerodynamicznymi, których ani wy, ani ja nie bylibyśmy w stanie w pełni zrozumieć.
Skrzydła zaopatrzone są w szereg wspierających je elementów dodatkowych – są to klapy, sloty i spojlery. Klapy wysuwają się do tyłu i w dół, zwiększając wysklepienie profilu dla bezpiecznego, stabilnego lotu przy niższych prędkościach. (Samoloty pasażerskie startują i lądują z klapami wysuniętymi, choć ich ustawienie może się różnić). Klapy mogą być wewnętrzne i zewnętrzne, i mogą też być podzielone na segmenty poziome. Sloty wysuwają się do przodu z przedniej krawędzi skrzydła i pełnią podobną funkcję. Spojlery to prostokątne płyty wysuwające się z górnej powierzchni skrzydła. Uniesiony spojler przerywa strumień powietrza płynącego przez skrzydło, redukując siłę nośną, a jednocześnie wydatnie zwiększając opór. Podczas lotu spojlery używane są do zwiększania prędkości opadania; po przyziemieniu pomagają zmniejszyć szybkość maszyny.
Pamiętam jeden z moich pierwszych lotów samolotem. Siedziałem na miejscu przy oknie w Boeingu 727, tuż za skrzydłem, i podczas podchodzenia do lądowania miałem wrażenie, że następuje demontaż całego skrzydła. Gwałtownie wysunęły się w dół wielkie trójszczelinowe klapy, zatrzepotały spojlery, opadły sloty, przyjmując właściwą pozycję. W magiczny niemal sposób można było spojrzeć na przestrzał przez sam środek skrzydła jak przez kości spreparowanego szkieletu jakiegoś zwierzęcia. W szparach, które powstały po rozsunięciu różnych fragmentów płata, pojawiły się domy i drzewa.
Zauważyliście prawdopodobnie, że skrzydła odrzutowca są odchylone do tyłu. Kiedy skrzydło przecina niebo, cząsteczki powietrza przyspieszają, opływając jego krzywiznę. Gdy samolot osiąga barierę dźwięku, wzdłuż jego powierzchni wytwarza się fala uderzeniowa, potencjalnie niszcząc siłę nośną. Ustawienie skrzydeł skośnie do tyłu powoduje odpowiedniejszy przepływ wzdłuż ich rozpiętości. W szybszych samolotach skos bywa większy niż czterdzieści stopni; najwolniejsze maszyny nie mają prawie żadnego skosu. Z kolei skierowanie skrzydeł do góry u nasady przeciwdziała kołysaniu bocznemu (przechyleniu) oraz tendencji do gwałtownych skrętów, tak zwanemu odchyleniu. Takie ustawienie skrzydeł, które można najlepiej zaobserwować od strony dziobu, nazywa się wzniosem płata dodatnim. Sowieci, zawsze skorzy do odmienności, stosowali niegdyś odwrotną wersję zwaną wzniosem płata ujemnym, nachylając swoje skrzydła w dół.
Skrzydło jest wszystkim. W samolocie skrzydła są najważniejszym elementem konstrukcyjnym, tak jak w samochodzie podwozie, a w rowerze rama. Ogromne skrzydła wytwarzają ogromną siłę nośną – dostatecznie wielką, aby podnieść z ziemi Boeinga 747, maszynę o maksymalnej masie startowej niemal milion funtów (około 500 ton), kiedy osiągnie prędkość około 170 węzłów.
>> Co to jest węzeł?
W swoim eseju pt. „Rzekomo fajna rzecz, której nigdy więcej nie zrobię” David Foster Wallace znajduje się na statku wycieczkowym, gdzie co i rusz czuje się skonsternowany wzmianką o „węzłach”, nie będąc w stanie rozgryźć, co to takiego. Myślę, że blefował. Wallace był znakomitym matematykiem, a odpowiedź jest dość prosta: węzeł, używany zarówno na morzu, jak i w powietrzu, to mila na godzinę. Tyle że to mila morska, a nie statutowa. Mile morskie są nieco dłuższe (lądowa ma 1609 m, a morska 1852 m). A zatem sto węzłów to trochę więcej niż sto mil na godzinę.
Węzeł to po angielsku knot. Wymawia się to podobnie jak naut (nautical mile – mila morska), ale nie od tego pochodzi to słowo. Jego początki sięgają czasów, kiedy ze statku zrzucano do wody linę z zawiązanymi na niej węzłami w celu obliczenia odległości. Mila morska odpowiada jednej sześćdziesiątej stopnia długości geograficznej na równiku. Skoro na każdy stopień przypada sześćdziesiąt mil, to przy 360 stopniach obwód Ziemi na równiku wynosi 21600 mil morskich.
>> Czuję się skołowany, patrząc na inne, poza klapami i slotami, ruchome części na zewnątrz samolotu. Widzę jakieś panele poruszające się w górę i w dół, coś na ogonie poruszające się z boku na bok…
Kiedy ptak chce wykonać manewr, robi to, skręcając skrzydła i ogon, co naśladowali pionierzy awiacji, wyposażając wczesne wersje swych aeroplanów w wyginające się skrzydła. Dziś samoloty produkowane są z aluminium i wysoko wytrzymałych kompozytów, nie z drewna, tkaniny czy piór. Montuje się w nich różne ruchome urządzenia – obsługiwane hydraulicznie, elektrycznie i/lub ręcznie poprzez system przewodów – które pomagają wznosić się w powietrze, obniżać lot i skręcać.
Na końcu kadłuba znajduje się ogon, czyli statecznik pionowy, który działa dokładnie, tak jak sugeruje jego wygląd – stabilizuje samolot. Do tylnej krawędzi ogona zamocowany jest na zawiasach ster kierunku. Ster pomaga wykonywać zwroty, ale nie jest urządzeniem kontrolującym je; ma on przede wszystkim stabilizować maszynę, łagodzić gwałtowne skręty samolotu, czyli odchylenie. Niektóre stery są podzielone na części poruszające się razem lub osobno w zależności od prędkości lotu. Piloci manewrują sterem za pomocą pedałów, choć większość pracy wykonuje automatycznie urządzenie zwane amortyzatorem odchylenia.
Poniżej ogona, czasami do niego przymocowane, znajdują się dwa małe skrzydełka. Są to stateczniki poziome, a ich ruchome tylne części nazywają się sterami wysokości. Stery te kontrolują pochylenie samolotu, czyli ruch dziobu w dół lub w górę, w zależności od tego, czy kolumna sterowa, inaczej wolant, jest przyciągana czy odpychana przez pilota.
Lotki umieszczone na krawędzi spływu skrzydeł są odpowiedzialne za obrót maszyny (przechylenie). Piloci sterują nimi za pomocą sterownicy lub drążka, powodując wychylenie lotek w górę lub w dół. Są one ze sobą połączone i oddziałują z siłą o przeciwnych zwrotach: kiedy lotka po stronie lewej unosi się w górę, lotka po prawej wychyla się do dołu. Podniesiona lotka zmniejsza siłę nośną po swojej stronie, powodując opuszczenie skrzydła, podczas gdy lotka wychylona w dół wywołuje skutek przeciwny. Minimalne drgnięcie lotki umożliwia całkiem znaczny obrót, tak więc jej ruch nie zawsze da się zaobserwować. Może to wyglądać, jakby samolot przechylił się, mimo że żaden element nawet nie drgnął, ale w rzeczywistości lotki zrobiły swoje, choć był to ruch nieznaczny. Duże samoloty mają po dwie lotki na każdym skrzydle, wewnętrzną i zewnętrzną, które działają parami lub niezależnie w zależności od prędkości. Lotki są często połączone ze wspomnianymi wcześniej spojlerami, co po części wykorzystywane jest do wspomożenia obrotu.
Jak więc widać, nawet prosty manewr może wymagać zaaranżowania całej choreografii części ruchomych. Ale zanim wyobrazicie sobie nieszczęsnego pilota wierzgającego nogami i chwytającego za różne dźwignie, pamiętajcie, że poszczególne części są ze sobą powiązane. Pojedynczy sygnał przekazany na wolant, czyli kolumnę sterową, wywołuje całą kombinację ruchów na zewnątrz maszyny.
Aby wprowadzić jeszcze większy zamęt, powiedzmy, że stery kierunku, stery wysokości i lotki są wyposażone w małe klapki, które działają niezależnie od głównych powierzchni sterowych. Te klapki wyważające (trymery) równoważą samolot, regulując pochylenie, przechylenie i odchylenie.
Jeżeli ciągle jeszcze się nie pogubiliście, będziecie zachwyceni, słysząc, że istnieją różne dziwaczne wersje prawie wszystkiego, co właśnie zostało opisane. Pewien samolot, który kiedyś pilotowałem, miał spojlery używane