什么是尾翼?
尾翼作為飛機部件,是安裝在飛機后部,起穩定和操縱作用的裝置。尾翼一般分為垂直尾翼和水平尾翼。通常垂直尾翼后部有方向舵,水平尾翼后部有升降舵。
尾翼的功能
尾翼可認為是一個小機翼,二者主要區別在于機翼通常產生大部分升力,而尾翼僅僅能使用其升力潛力的一小部分。
尾翼的功能主要是用于配平、保持穩定性和獲得操縱性。
配平是指尾翼產生的升力因為有尾力臂而產生繞重心的力矩,用來平衡飛機產生的某些力矩,例如:平尾平衡機翼產生的俯仰力矩,垂尾平衡偏航力矩等。
飛機在飛行中也會因各種干擾(如陣風等)而偏離原有平衡,這時尾翼將產生一個恢復力矩使飛機恢復至原有平衡,對飛機起到穩定的作用。
尾翼的另一個重要作用是操縱。飛機在飛行中需要經常改變飛行狀態,如爬升、平飛、下滑等。對于穩定的飛機,要改變飛行狀態就需要克服穩定力矩。例如要增大飛機迎角,就需要有一個克服穩定力矩的抬頭力矩。此外,尾翼還需要保證飛機在嚴重狀態時都有足夠的操縱效能,例如起飛抬前輪、低速條件下發動機失效等。
尾翼的常見布置形式
常規式
常規式尾翼通常布置在機身后端的位置,利于結構設計,可以在重量最輕的情況下提供足夠的穩定性和操縱性,同時尾翼在大多數情況下處于平滑流場中,是一種經常被采用的尾翼布置形式。
T型”尾翼也是一種廣泛被使用的尾翼布置形式。通常由于垂尾需要加強以支撐平尾,“T型”尾翼重量相比常規式尾翼更重一些。但同時“T型”尾翼具有更多優點,例如:由于端板效應的存在,“T型”尾翼的垂尾可以做得較小;平尾位置被抬高后,可以在一定程度上避開機翼尾流和螺旋槳滑流,使其效率更高的同時也可以減小平尾尺寸。
H型”尾翼
如果對飛機總高度有要求,使用單垂尾顯得過高時,“H型”垂尾則是一個很好的方案。該布局通過端板效應抑制平尾端部的繞流可增大平尾的效率。“H型”主要的缺點是尾部在偏航角較大時會承受更大的氣動載荷,并且垂尾的安裝形式會降低平尾的固有振動頻率,降低顫振速度,這些都需要加強結構強度設計,導致尾翼整體的結構重量增大。
“十字型”尾翼
“十字型”尾翼是介于常規式尾翼和“T型”尾翼之間的折中方案。與“T型”尾翼相比,它能夠減小機身的結構載荷,同時平尾也具有一定的端板作用。在大迎角時,垂尾下半部分會位于相對“干凈”的氣流區域,增強尾旋改出能力。
“V型”尾翼
“V型”尾翼在水平和垂直方向的投影能夠同時起到縱向和航向穩定作用,在兼有平尾和垂尾的功能的同時減小浸濕面積,降低干擾阻力。“V型”尾翼帶來的損失則是使得操縱動作變得復雜:當兩邊舵面作同方向偏轉時起到升降舵作用;兩邊舵面作差動時起到方向舵作用。
“Y型”尾翼
“Y型”尾翼與“V型”尾翼類似,只是在機身下方增加了第三個翼面。操縱時上方的“V型”翼面布置有升降舵只提供俯仰操縱,下方的第三個翼面布置方向舵提供航向操縱。這種尾翼布置避免了“方向升降”的復雜性。有時為了使尾翼能夠在大迎角狀態下避開機翼尾流,也采用“倒Y型”尾翼布置。