尾翼

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尾翼
Sunan International Airport, Pyongyang, North Korea-1.jpg
一列北韓飞机的尾翼

尾翼[1]是安装在飞机尾部的一种装置,可以增强飞行的稳定性。大多数尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼,也有少数采用V型尾翼[2]。尾翼可以用来控制飞机的俯仰、偏航和倾斜以改变其飞行姿态。尾翼是飞行控制系统的重要组成部分。


水平尾翼 ( Horizontal Stabilizer )

水平尾翼,简称平尾,是飞机纵向平衡、稳定和操纵的翼面。平尾左右对称地布置在飞机尾部,基本为水平位置。翼面前半部通常是固定的,称为水平安定面。后半部铰接在安定面的后面,可操纵上下偏转,称为升降舵。升降舵的后缘还装有调整片。在大型飞机上,为了提高平尾的平衡能力,水平安定面在飞行中可以缓慢改变安装角,这样的平尾称为可调水平尾翼。在飞行中,飞机升力的位置会随迎角和速度的变化而移动,飞机重心也因燃油消耗等原因而变动。这样,升力不可能在所有状态下都通过重心,因而存在一个不平衡力矩。在有平尾的飞机上,此力矩就由平尾负升力或正升力的力矩来平衡。由于平尾距重心较远,只要用很小的平尾升力就能使飞机保持力矩平衡。


飞机在飞行中会因各种干扰(如大气中的阵风)而偏离原来姿态。平尾具有恢复飞机原有姿态的能力,对飞机起纵向稳定的作用。


飞机在飞行中需要经常改变飞行状态,如爬升、平飞、下滑等。对于稳定的飞机,要改变飞行状态就需要克服稳定力矩。例如要增大飞机迎角,就需要有一个克服稳定力矩的抬头力矩。驾驶员操纵升降舵上偏,平尾即产生一个抬头力矩,使飞机在增大的迎角下能得到平衡,这就是平尾的纵向操纵作用。


平尾按相对于机翼的上下位置不同,大致分为高平尾、中平尾和低平尾三种型式。平尾处于飞机尾部,气流在流经平尾以前先受到机身、机翼和发动机短舱等的影响,速度减小,方向也有变化。此外,螺旋桨滑流或发动机的喷流也会改变平尾的升力。它们对平尾的稳定和操纵效能都有较大影响。由于影响平尾工作的各种因素随迎角和速度而变化,要想选择一个合适的平尾位置,保证在所有飞行状态下都有较高的平尾效能,是一件很困难的事情,经常要经过大量风洞实验才能最后选定。


在英国「三叉戟」旅客机上,平尾在垂直尾翼的顶端。从飞机正面看,平尾与垂尾构成 T 字形,故取名 T 形尾翼。这种飞机发动机短舱位于机身尾部两侧,机翼位置靠后,只有将平尾移至垂尾顶端才能躲开机翼、发动机短舱和喷流的影响。由于垂尾是后掠的,故又能使平尾尽量远离机翼,提高平尾的效能。在很多超音速歼击机上,由于机身尾部长度较短,平尾非常靠近机翼,如将平尾放在较低的位置上(机翼翼弦平面以下),在大迎角时就能避开机翼、机身,减小它们对平尾的不利影响。


亚音速时,偏转升降舵还会影响前面水平安定面上的升力,操纵效率较高。超音速时,升降舵的偏转对前面的安定面没有影响,舵面操纵效率大为下降。因此,在超音速飞机上将水平尾翼做成可操纵偏转的整体,称为全动平尾。在全动平尾上不再有安定面和升降舵之分。全动平尾的构造与机翼相同,但是翼面的全部弯矩和扭矩载荷在根部都要集中到转轴上来,并且支承点是可转动的轴承,因此全动平尾根部结构复杂,重量也较大。


通常超音速飞机机翼的展弦比较小,机翼展长比平尾展长大不了多少。利用平尾差动来产生滚转操纵力矩已能满足飞行的要求。平尾左、右翼面既能同向偏转起升降舵作用,又能分别向不同方向偏转(差动)起副翼的作用,这就是差动平尾。采用差动平尾以后,就可以取消机翼上的副翼,因而机翼整个后缘都可安装襟翼以改善飞机的起飞、着陆性能和机动性。在变后掠翼飞机上,机翼可以绕垂直(翼弦面)枢轴转动(常称掠动),如在机翼上装副翼,它在大后掠角位置上根本无法工作,因此只能采用差动平尾作为主要滚转操纵面。


垂直尾翼 ( Vertical Stabilizer )

垂直尾翼,简称垂尾。起保持飞机的航向平衡、稳定和操纵作用,原理与平尾相似。垂直尾翼仅仅布置在飞机轴线的上部。这是因为在起飞着陆时,飞机头部上仰,尾部离地很近,无法布置垂尾翼面。与平尾相同,垂尾翼面的前半部分通常是固定的,称垂直安定面;后半部分铰接在安定面后部,可操纵偏转,称方向舵。垂尾的作用是保持转弯在无侧滑状态下进行;在有侧风着陆时保持机头对准跑道;飞行中平衡不对称的偏航力矩(如多发动机中有一台发动机停车造成的偏航力矩)。方向舵操纵系统中可装阻尼器,以制止飞机在高空高速飞行中出现的偏航摇摆现象。


飞机对于航向操纵能力要求不高,即使在超音速飞机上也很少采用全动式垂直尾翼。


多数飞机只有一个垂直尾翼(单垂尾)。它位于飞机的对称面内。在一些多发动机的螺旋桨飞机上,为了提高垂尾效率,故意将垂尾放在螺旋桨后的高速气流中。为此将垂直尾翼分为两个(双垂尾)或两个以上(多垂尾)翼面。在双垂尾型式中,常将两个垂尾布置在平尾两端,以提高平尾的效率。在超音速飞机上,由于机身比较粗大,为了保证飞机在高空高速飞行时仍有足够的航向稳定性,需要有很大的垂尾面积。如果采用双垂尾型式,可以降低垂尾高度,减小垂尾在侧滑时产生的滚转力矩。同时也可提高大迎角时的航向稳定性。


V型尾翼 ( V-Tail )

V 型尾翼由左右两个翼面组成,像是固定在机身尾部带大上反角的平尾。 V 型尾翼兼有垂尾和平尾的功能。翼面可分为固定的安定面和铰接的舵面两部分,也可做成全动型式。呈 V 形的两个尾面在俯视和侧视方向都有一定的投影面积,所以能同时起纵向(俯仰)和航向稳定作用。当两边舵面作相同方向偏转时,起升降舵作用;分别作不同方向偏转(差动)时,则起方向舵作用。


参考文献[编辑]

  1. ^ Crane, Dale: Dictionary of Aeronautical Terms, third edition, page 194. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
  2. ^ Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up, page 10 (27th revised edition) ISBN 09690054-9-0