尾翼设计(北航)

0尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，是飞机纵向和侧向上的平衡、稳定及操纵机构。尾翼设计的成败，直接关系到飞机的稳定性和操纵性，同时在一定程度上影响飞机的飞行性能，如速度、升限等，所以尾翼是根据飞机的操纵、稳定性要求进行设计的。4尾翼布置及参数选择14.5.1尾翼的布置后置尾翼变化情况24.5.1尾翼的布置常规型尾翼通常可在重量最轻的情况，提供足够的稳定性和操纵性T型比常规型重得多，因为尾翼必须加强，以支撑平尾由于存在端板效应，T型的垂尾可以较小T型把平尾抬高，避开了机翼尾流和螺旋桨滑流，使其效率提高，从而减小平尾尺寸T型减小了平尾颤振，从而减轻了结构和飞行员的疲劳十字型是介于上述二者之间的这种方案：既避免喷流对平尾或方向舵的干扰，又减小重量代价；但无法利用端板效应来减小尾翼的面积34.5.1尾翼的布置双立尾可以把方向舵设置得离开飞机中心线，通常比具有同等面积的单垂尾重，但往往更有效，也直接减少了所需的高度在大迎角下，双立尾可能被机翼或前机身挡住双立尾外倾对隐身有较大好处，一般外倾角在15°~25°之间V型尾翼是为了减小浸湿面积，与常规平尾和垂尾上对应的力是V型尾翼上的力在水平和垂直方向的投影NACA研究表明，要获得满意的操稳性，V尾的尺寸需增大到其面积大约与所需的平尾和垂尾分开时的面积的总和相等，且操纵动作复杂，不过干扰阻力可以较低44.5.1尾翼的布置平尾位置对失速特性的影响失速时，如果尾翼位于机翼尾流区，它将失去操纵能力，并进一步加剧上仰一般尾力臂短的飞机，平尾都布置在机翼弦平面翼以下，或在机翼弦平面上但带有上反角54.5.1尾翼的布置为改出尾旋的尾翼布置尾旋时，飞机基本上是垂直下落，同时导致绕一垂直轴旋转，此时必须制止旋转并减小侧滑角，从而要求有足够的方向舵操作大迎角下，平尾失速，产生紊流尾迹，并以大约45°的角度向上扩展。作为经验法则，方向舵至少应有三分之一必须在尾迹之外64.5.1尾翼的布置为改出尾旋的尾翼布置（续）将平尾上移也也可减小平尾尾迹对方向舵的影响，但需要提防上仰背鳍因产生一个附着于垂尾上的涡而改善了大侧滑角下的尾翼效率，这可防止在尾旋中所遇到的那种大侧滑角，并在尾旋中增大方向舵操纵腹鳍可以防止大侧滑角，且不会被机翼尾迹淹没，还用于避免高速飞行中的航向不稳定性

74.5.2尾翼的布置F/A-18E尾翼的错开J-10的双腹鳍84.5.2尾翼参数选择初步选择通常是参照同类飞机的统计资料选择适当的尾容量

平尾LHT（Lh）-尾力臂SHT-平尾面积

鸭翼／全面积／外露面积Cw（bA）

-机翼平均气动弦长Sw-机翼全面积94.5.2尾翼参数选择初步选择通常是参照同类飞机的统计资料选择适当的尾容量

立尾LVT(Lv)-尾力臂SVT-立尾面积，双立尾面积为二者之和bw（l）

-机翼翼展Sw-机翼全面积10根据尾容量系数和尾力臂的值可以计算尾翼面积尾容量系数的统计值典型值平尾CHT垂尾CVT喷气教练机0.700.06喷气战斗机0.400.07军用运输机／轰炸机1.000.08喷气运输机1.000.094.5.2尾翼参数选择11尾容量系数的修正对于全动尾翼，尾容量系数可减小10~15%对T型尾翼，立尾尾容量系数由于端板效应可减小约5%，而平尾尾容量系数由于处于无扰动气流中可减小5%H型尾翼（A-10）的平尾尾容量系数可减小5%尾力臂可以用机身长度的百分数来作初步的估算对于发动机装在机翼上的飞机，尾翼力臂约为机身长度的50~55%对于发动机安装在后部的飞机，尾翼力臂约为机身长度的45~50%对采用主动控制技术的飞机，可将根据统计值算出的尾翼面积减小大约10%4.5.2尾翼参数选择12对于V型尾翼的飞机，首先分别估算所需的水平和垂直尾翼尺寸，然后计算V型尾翼的总面积以提供与常规尾翼需要相同的面积；V型尾翼的上反角应调整到所需的垂尾和平尾面积之比的平方根的反正切，该角度应接近45°4.5.2尾翼参数选择13鸭式布局飞机的鸭翼尺寸对操纵型鸭翼的鸭式布局，机翼提供大部分的升力，而鸭翼主要用于操纵。根据现有的该类飞机数据，平尾尾容量系数约为0.1，尾力臂的变化范围大约为机身长度的35~50%对升力型鸭翼的鸭式布局，鸭翼和机翼一起产生升力，此时尾容量系数法不适用，应按照所需的总机翼面积进行分配，通常是鸭翼占25%，机翼占75%4.5.2尾翼参数选择144.5.2尾翼参数选择尾翼的展弦比与尖削比平尾的前缘后掠角一般要大于机翼后掠角2°~5°，以使平尾在机翼之后失速，且使尾翼的临界马赫数大于机翼的，但隐身的考虑往往会使二者取为一致垂尾后掠角在35°~55°之间变化0.6~1.00.7~1.2——T型尾翼0.3~0.61.3~2.00.3~0.63~5其它0.4~0.61.5~2.00.3~0.56~10滑翔机0.2~0.40.6~1.40.2~0.43~4战斗机

λA

λ

A垂尾平尾

15精确的尾翼平面形状，在设计的初始阶段并不非常关键。尾翼的几何参数在后来的分析和风洞研究中还要修改对于方案设计，通常画出“看起来是对的（lookright）”尾翼形状就可以接受。当然，这要基于以往的经验和类似的设计尾翼的相对厚度通常与机翼的相对厚度类似，采用选取机翼参数时所用的经验曲线作为初始。对高速飞机，平尾通常比机翼大约薄10%，以保证平尾具有更高的临界马赫数。4.5.2尾翼参数选择16全动平尾与升降舵参数选择对大后掠的全动平尾，宜采用斜轴形式——转轴沿平尾结构后掠角布置对中等后掠角梯形平尾，宜采用直轴形式——转轴垂直于飞