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，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)不少沒有水平尾翼的無尾飛機(jī)，如幻影2000、協(xié)和號超音速客機(jī)等。無尾飛機(jī)的俯仰平衡和操縱功能由機(jī)翼的升降副翼來承擔(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：單立尾飛機(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，并無實際應(yīng)用。

單立尾結(jié)構(gòu)簡單，可以由單立尾上的方向舵來完成飛機(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，這種結(jié)構(gòu)的尾翼承受不了太大的力，所以一些高機(jī)動性的戰(zhàn)斗機(jī)無法采用單立尾結(jié)構(gòu)。

戰(zhàn)斗機(jī)對機(jī)動性的要求較高，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分擔(dān)氣動負(fù)荷。多一個立尾就多一套機(jī)械控制系統(tǒng)，所以原則上只有在無法采用單立尾的情況下才考慮雙立尾。俄羅斯的Su-33、MG-31，美國的F-22、F-35等都采用了雙立尾結(jié)構(gòu)。未來，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）時的機(jī)動性，單立尾在大攻角時因機(jī)身阻擋氣流受干擾，會減弱和失掉機(jī)動操控能力，所以單立尾布局多采用腹鰭補(bǔ)救;雙立尾在大攻角時則可避開機(jī)身干擾，因而可獲得較好的大攻角機(jī)動能力。

雙立尾可以提高操縱力矩（對偏航力矩的控制力），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。因此對于起飛重量不大，或者可以采取其他措施來提高水平機(jī)動性的飛機(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，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的舵面兩部分，也可做成全動式。兩個尾翼在俯視和側(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，V型尾翼起升降舵作用;分別做不同方向偏轉(zhuǎn)時，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”。相對于常規(guī)型尾翼飛機(jī)，其水平尾翼避開了機(jī)翼以及螺旋槳對后方氣流的影響，減小了震顫;相對于T型尾翼飛機(jī)，十字型尾翼不需要過大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度去滿足穩(wěn)定性，在飛機(jī)失速時也可以減弱機(jī)翼后方擾流導(dǎo)致的平尾失效。我國的殲-5、美國的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，這樣可以避開流經(jīng)機(jī)翼的氣流和發(fā)動機(jī)向后噴出的氣流對水平尾翼的干擾，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，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，由于水平尾翼處于機(jī)翼的尾流區(qū)，機(jī)翼對尾翼起了遮蔽作用，所以尾翼的升力會減小。這樣一來，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。

無尾翼飛機(jī)

幻影2000

介紹了這么多種飛機(jī)尾翼，有沒有無尾翼的飛機(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，配合不好二者還會互相干擾，導(dǎo)致飛機(jī)飛行不穩(wěn)定。由此，飛機(jī)設(shè)計師就將水平尾翼去掉，然后將機(jī)翼向后延長代替水平尾翼。這樣就形成了三角翼的形式，我們稱它為無尾三角翼飛機(jī)。不過，無尾翼飛機(jī)實際上只是無水平尾翼，而垂直尾翼仍然保留著。

由于取消了水平尾翼，無尾翼飛機(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，低速飛行時性能就比較差，特別是在起飛和著陸時。為了改善起飛與著陸性能，無尾翼飛機(jī)通常都會采用較大面積的機(jī)翼。我們常見的無尾翼飛機(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)。

打開飛機(jī)檔案，我們看到這么多種類型的尾翼，你有沒有受到一點兒啟發(fā)？根據(jù)飛機(jī)尾翼的氣動原理，我們也可以試著設(shè)計一些獨(dú)特的尾翼，說不定有一天我們設(shè)計的尾翼也能幫助飛機(jī)翱翔天際呢！