飛機(jī)秘密檔案——尾翼

曾翔龍

按水平尾翼數(shù)量分類

水平尾翼裝在飛機(jī)尾部的布局被稱為“正常式”，水平尾翼位于機(jī)翼前方的被稱為“鴨式”。

水平尾翼的數(shù)目不限于一個(gè)，也有雙尾翼式，如F-14、F-18、F-35C戰(zhàn)斗機(jī)等。不僅如此，在軍用和民用飛機(jī)中還出現(xiàn)不少?zèng)]有水平尾翼的無(wú)尾飛機(jī)，如幻影2000、協(xié)和號(hào)超音速客機(jī)等。無(wú)尾飛機(jī)的俯仰平衡和操縱功能由機(jī)翼的升降副翼來(lái)承擔(dān)。由于取消了水平尾翼，所以飛機(jī)阻力較小、重量較輕，但它的缺點(diǎn)是安全的重心范圍小。

按垂直尾翼數(shù)量分類

垂直尾翼又稱立尾，通常尾翼飛機(jī)按照垂直尾翼的數(shù)量可分為：?jiǎn)瘟⑽诧w機(jī)、雙立尾飛機(jī)、三立尾飛機(jī)。三立尾結(jié)構(gòu)只停留在理論階段，并無(wú)實(shí)際應(yīng)用。

單立尾結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以由單立尾上的方向舵來(lái)完成飛機(jī)的偏航力矩（使得飛機(jī)在水平平面內(nèi)發(fā)生改變的力矩），所以很多先進(jìn)的戰(zhàn)斗機(jī)如F一16、J-10、陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)等使用的都是單立尾結(jié)構(gòu)。不過(guò)，這種結(jié)構(gòu)的尾翼承受不了太大的力，所以一些高機(jī)動(dòng)性的戰(zhàn)斗機(jī)無(wú)法采用單立尾結(jié)構(gòu)。

戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)機(jī)動(dòng)性的要求較高，如果本身體積大、質(zhì)量大，如重型戰(zhàn)斗機(jī)，就只能采用雙立尾來(lái)分擔(dān)氣動(dòng)負(fù)荷。多一個(gè)立尾就多一套機(jī)械控制系統(tǒng)，所以原則上只有在無(wú)法采用單立尾的情況下才考慮雙立尾。俄羅斯的Su-33、MG-31，美國(guó)的F-22、F-35等都采用了雙立尾結(jié)構(gòu)。未來(lái)，Su-47、MG-144和T-50等雙立尾戰(zhàn)斗機(jī)也是俄羅斯戰(zhàn)斗機(jī)的主要發(fā)展方向。

雙立尾最主要是提高大攻角（迎角）時(shí)的機(jī)動(dòng)性，單立尾在大攻角時(shí)因機(jī)身阻擋氣流受干擾，會(huì)減弱和失掉機(jī)動(dòng)操控能力，所以單立尾布局多采用腹鰭補(bǔ)救;雙立尾在大攻角時(shí)則可避開(kāi)機(jī)身干擾，因而可獲得較好的大攻角機(jī)動(dòng)能力。

雙立尾可以提高操縱力矩（對(duì)偏航力矩的控制力），也就是在同樣操縱力矩的情況下可以降低立尾的高度。但是由于多了一套空氣動(dòng)力平面，雙立尾之間的互相干擾，以及雙立尾與其他翼面的相互作用就比較復(fù)雜，同時(shí)由于多了一套操縱系統(tǒng)，重量和復(fù)雜性都有相應(yīng)的增加。因此對(duì)于起飛重量不大，或者可以采取其他措施來(lái)提高水平機(jī)動(dòng)性的飛機(jī)，未必要采用雙立尾。

按尾翼布局形式分類

尾翼布局的形式主要由水平尾翼和垂直尾翼的相對(duì)位置確定，有常規(guī)型、V型、十字型和T 型。

常規(guī)型尾翼在民航客機(jī)中最為常見(jiàn)，一些戰(zhàn)斗機(jī)如殲-7、殲-8、轟-5等都采用了這種結(jié)構(gòu)。在各種類型的尾翼中，常規(guī)型尾翼的綜合性能最為突出。

雙立尾飛機(jī)

V型尾翼兼有垂直尾翼和水平尾翼的功能。翼面可分為固定的安定面和可活動(dòng)的舵面兩部分，也可做成全動(dòng)式。兩個(gè)尾翼在俯視和側(cè)視方向上都有一定的投影面積，所以能同時(shí)起縱向（俯仰）和航向穩(wěn)定作用;當(dāng)兩邊舵面做相同方向偏轉(zhuǎn)時(shí)，V型尾翼起升降舵作用;分別做不同方向偏轉(zhuǎn)時(shí)，尾翼則起方向舵作用。雙立尾基本都是V型的。

V型翼飛機(jī)

十字型尾翼的水平尾翼位于垂直尾翼的中部，其外形如漢字“十”。相對(duì)于常規(guī)型尾翼飛機(jī)，其水平尾翼避開(kāi)了機(jī)翼以及螺旋槳對(duì)后方氣流的影響，減小了震顫;相對(duì)于T型尾翼飛機(jī)，十字型尾翼不需要過(guò)大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度去滿足穩(wěn)定性，在飛機(jī)失速時(shí)也可以減弱機(jī)翼后方擾流導(dǎo)致的平尾失效。我國(guó)的殲-5、美國(guó)的A-3戰(zhàn)斗機(jī)就采用了這種尾翼結(jié)構(gòu)。

十字型尾翼飛機(jī)

T型尾翼飛機(jī)（此飛機(jī)也為“上單翼飛機(jī)”）

T型尾冀的水平尾翼位置較高，這樣可以避開(kāi)流經(jīng)機(jī)翼的氣流和發(fā)動(dòng)機(jī)向后噴出的氣流對(duì)水平尾翼的干擾，所以一般上單翼飛機(jī)都采用這種布局。但T型尾翼由于水平尾翼位置太高，垂直尾翼承受了更多的力，所以這種類型的尾翼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求更高。C-17、C-55、伊爾76等大型運(yùn)輸機(jī)采用的就是這種T型尾翼。

飛機(jī)在飛行時(shí)，尾翼所產(chǎn)生的升力要與機(jī)翼產(chǎn)生的升力相平衡。但T型尾翼飛機(jī)在低速大迎角飛行時(shí)，由于水平尾翼處于機(jī)翼的尾流區(qū)，機(jī)翼對(duì)尾翼起了遮蔽作用，所以尾翼的升力會(huì)減小。這樣一來(lái)，尾翼和機(jī)翼的受力就可能失去平衡，飛機(jī)容易失速，進(jìn)入尾旋。

無(wú)尾翼飛機(jī)

幻影2000

介紹了這么多種飛機(jī)尾翼，有沒(méi)有無(wú)尾翼的飛機(jī)呢？當(dāng)然有！我們知道飛機(jī)尾翼的作用是使飛機(jī)在飛行中保持平衡，不至于翻滾，還可以用來(lái)操縱飛機(jī)升降。但是尾翼又給飛機(jī)增加了重量和阻力。特別是水平尾翼和機(jī)翼處在同一水平面時(shí)，配合不好二者還會(huì)互相干擾，導(dǎo)致飛機(jī)飛行不穩(wěn)定。由此，飛機(jī)設(shè)計(jì)師就將水平尾翼去掉，然后將機(jī)翼向后延長(zhǎng)代替水平尾翼。這樣就形成了三角翼的形式，我們稱它為無(wú)尾三角翼飛機(jī)。不過(guò)，無(wú)尾翼飛機(jī)實(shí)際上只是無(wú)水平尾翼，而垂直尾翼仍然保留著。

由于取消了水平尾翼，無(wú)尾翼飛機(jī)的機(jī)身載荷減小，結(jié)構(gòu)重量較輕，阻力小，很適合高速飛行。但是，低速飛行時(shí)性能就比較差，特別是在起飛和著陸時(shí)。為了改善起飛與著陸性能，無(wú)尾翼飛機(jī)通常都會(huì)采用較大面積的機(jī)翼。我們常見(jiàn)的無(wú)尾翼飛機(jī)有幻影2000那種大三角翼飛機(jī)，也有B-2那種飛翼飛機(jī)。

打開(kāi)飛機(jī)檔案，我們看到這么多種類型的尾翼，你有沒(méi)有受到一點(diǎn)兒?jiǎn)l(fā)？根據(jù)飛機(jī)尾翼的氣動(dòng)原理，我們也可以試著設(shè)計(jì)一些獨(dú)特的尾翼，說(shuō)不定有一天我們?cè)O(shè)計(jì)的尾翼也能幫助飛機(jī)翱翔天際呢！