各自精彩的“尾翼”

依蔓

飛機在穩(wěn)定飛行時，全機升力和重力相等，兩個力的作用點分別為重心（也叫質(zhì)心）和壓力中心。重心是飛機設(shè)計中最重要的因素之一，俯仰、偏航和滾轉(zhuǎn)這3 種飛機的基本運動形式都是圍繞重心進行的，其中的俯仰運動又與機翼、平尾以及發(fā)動機拉力或推力等因素的作用密不可分。

飛機的俯仰受力平衡（繪圖/ 周游）

以民航客機來說，其重心和壓力中心不重合，而且重心通常位于壓力中心之前。這種情況下，機翼除了提供升力，還會形成一個迫使飛機“低頭”的力矩（當(dāng)重心大幅后移，且機翼迎角增大很多時，也可能產(chǎn)生“抬頭”力矩）。飛機要取得俯仰平衡，必須有第三個力來產(chǎn)生“抬頭”力矩，平尾就擔(dān)負著提供“抬頭”力矩的重任。

機翼的翼弦和相對氣流形成正迎角，產(chǎn)生升力，而平尾和機翼相反。它相當(dāng)于一個倒置的縮小版機翼，能夠和相對氣流形成負迎角，產(chǎn)生負升力。平尾不僅能夠幫助飛機克服“低頭”問題，憑借著其上可以小幅度翻轉(zhuǎn)的水平安定面，它還能在飛機受氣流等因素干擾，發(fā)生“抬頭”現(xiàn)象時形成“低頭”力矩。這樣，無論飛機“抬頭”還是“低頭”，都能夠在平尾的幫助下恢復(fù)到原來的狀態(tài)，確保俯仰穩(wěn)定性。

運-20采用的T型尾翼。T型尾翼大多應(yīng)用在大型軍用運輸機（可使運輸機后艙門有更大的空間，方便裝卸貨物）和尾吊式發(fā)動機的民航客機（為了給發(fā)動機提供安裝空間）上，主要特點是平尾位于垂尾靠近翼尖的位置

ARJ21飛機也采用T 型尾翼。T型尾翼中，尾翼的重量全部靠垂尾來支撐，因此垂尾的強度要求高，通常會做得比較重

一架無人機的雙垂尾。雙垂尾乃至多垂尾設(shè)計可以提供更大的方向舵面積，有效降低垂尾的高度，但由于安裝在平尾的兩端，也會增加平尾的結(jié)構(gòu)強度。目前，類似的垂尾設(shè)計在大型飛行器上已很少見

實際飛行中，受機上人員、貨物的移動、燃油消耗導(dǎo)致油箱重量改變等因素影響，飛機的重心會朝著飛機尾部移動，這樣飛機就會變得越來越不穩(wěn)定。此時，飛機的控制系統(tǒng)會通過自動調(diào)整平尾上的配平片角度，來修正飛行姿態(tài)，這大大減輕了飛行員通過操縱升降舵來修正飛機的工作負擔(dān)。

飛機的垂直尾翼由固定的垂直安定面和可以左右偏轉(zhuǎn)的方向舵組成，主要用來控制飛機的航向。當(dāng)飛機在高空飛行中受氣流影響，機頭左右偏轉(zhuǎn)時，作用在垂直安定面的氣動力會產(chǎn)生一個與偏轉(zhuǎn)方向相反的力矩，確保飛機沿航線飛行。

方向舵掌控著飛機的方向，偏轉(zhuǎn)后它能夠在機尾產(chǎn)生一個橫向力矩，再配合機翼上的副翼，就可以幫助飛機橫向傾斜完成轉(zhuǎn)向。

戰(zhàn)斗機由于在機動性等方面有更高要求，其水平尾翼與民航客機、大型運輸機等有很大的區(qū)別。不少戰(zhàn)斗機的水平尾翼不像客機那樣有界限分明的水平安定面和升降舵，而是二者合一。這種平尾能整體大幅上下偏轉(zhuǎn)，稱為全動平尾。

除了全動平尾，也有些戰(zhàn)斗機將平尾從后邊移到了機翼前面，這種平尾稱為“前翼”或“鴨翼”，例如中國的殲-20、殲-10戰(zhàn)斗機。鴨翼布局的戰(zhàn)斗機往往采用的是三角翼+鴨翼的形式，這種布局下的飛機機動性、氣動性都能有更大的提升。

尾翼通常要根據(jù)飛機的操縱性、穩(wěn)定性等要求進行設(shè)計。此外，尾翼在一定程度上還會影響飛機的速度、升限等飛行性能，這些都是飛機設(shè)計中要考慮的因素。未來的飛行器還會出現(xiàn)怎樣的尾翼？又會帶來怎樣更出色的性能呢？答案也許就在你的腦海里。

（責(zé)任編輯/張麗靜 美術(shù)編輯/周游）

采用常規(guī)平尾的F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機

采用三角翼+鴨翼的殲-20戰(zhàn)斗機