尾翼設(shè)計(北航)

0尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，是飛機縱向和側(cè)向上的平衡、穩(wěn)定及操縱機構(gòu)。尾翼設(shè)計的成敗，直接關(guān)系到飛機的穩(wěn)定性和操縱性，同時在一定程度上影響飛機的飛行性能，如速度、升限等，所以尾翼是根據(jù)飛機的操縱、穩(wěn)定性要求進行設(shè)計的。4尾翼布置及參數(shù)選擇14.5.1尾翼的布置后置尾翼變化情況24.5.1尾翼的布置常規(guī)型尾翼通常可在重量最輕的情況，提供足夠的穩(wěn)定性和操縱性T型比常規(guī)型重得多，因為尾翼必須加強，以支撐平尾由于存在端板效應(yīng)，T型的垂尾可以較小T型把平尾抬高，避開了機翼尾流和螺旋槳滑流，使其效率提高，從而減小平尾尺寸T型減小了平尾顫振，從而減輕了結(jié)構(gòu)和飛行員的疲勞十字型是介于上述二者之間的這種方案：既避免噴流對平尾或方向舵的干擾，又減小重量代價；但無法利用端板效應(yīng)來減小尾翼的面積34.5.1尾翼的布置雙立尾可以把方向舵設(shè)置得離開飛機中心線，通常比具有同等面積的單垂尾重，但往往更有效，也直接減少了所需的高度在大迎角下，雙立尾可能被機翼或前機身擋住雙立尾外傾對隱身有較大好處，一般外傾角在15°~25°之間V型尾翼是為了減小浸濕面積，與常規(guī)平尾和垂尾上對應(yīng)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，要獲得滿意的操穩(wěn)性，V尾的尺寸需增大到其面積大約與所需的平尾和垂尾分開時的面積的總和相等，且操縱動作復(fù)雜，不過干擾阻力可以較低44.5.1尾翼的布置平尾位置對失速特性的影響失速時，如果尾翼位于機翼尾流區(qū)，它將失去操縱能力，并進一步加劇上仰一般尾力臂短的飛機，平尾都布置在機翼弦平面翼以下，或在機翼弦平面上但帶有上反角54.5.1尾翼的布置為改出尾旋的尾翼布置尾旋時，飛機基本上是垂直下落，同時導(dǎo)致繞一垂直軸旋轉(zhuǎn)，此時必須制止旋轉(zhuǎn)并減小側(cè)滑角，從而要求有足夠的方向舵操作大迎角下，平尾失速，產(chǎn)生紊流尾跡，并以大約45°的角度向上擴展。作為經(jīng)驗法則，方向舵至少應(yīng)有三分之一必須在尾跡之外64.5.1尾翼的布置為改出尾旋的尾翼布置（續(xù)）將平尾上移也也可減小平尾尾跡對方向舵的影響，但需要提防上仰背鰭因產(chǎn)生一個附著于垂尾上的渦而改善了大側(cè)滑角下的尾翼效率，這可防止在尾旋中所遇到的那種大側(cè)滑角，并在尾旋中增大方向舵操縱腹鰭可以防止大側(cè)滑角，且不會被機翼尾跡淹沒，還用于避免高速飛行中的航向不穩(wěn)定性

74.5.2尾翼的布置F/A-18E尾翼的錯開J-10的雙腹鰭84.5.2尾翼參數(shù)選擇初步選擇通常是參照同類飛機的統(tǒng)計資料選擇適當?shù)奈踩萘?/p>

平尾LHT（Lh）-尾力臂SHT-平尾面積

鴨翼／全面積／外露面積Cw（bA）

-機翼平均氣動弦長Sw-機翼全面積94.5.2尾翼參數(shù)選擇初步選擇通常是參照同類飛機的統(tǒng)計資料選擇適當?shù)奈踩萘?/p>

立尾LVT(Lv)-尾力臂SVT-立尾面積，雙立尾面積為二者之和bw（l）

-機翼翼展Sw-機翼全面積10根據(jù)尾容量系數(shù)和尾力臂的值可以計算尾翼面積尾容量系數(shù)的統(tǒng)計值典型值平尾CHT垂尾CVT噴氣教練機0.700.06噴氣戰(zhàn)斗機0.400.07軍用運輸機／轟炸機1.000.08噴氣運輸機1.000.094.5.2尾翼參數(shù)選擇11尾容量系數(shù)的修正對于全動尾翼，尾容量系數(shù)可減小10~15%對T型尾翼，立尾尾容量系數(shù)由于端板效應(yīng)可減小約5%，而平尾尾容量系數(shù)由于處于無擾動氣流中可減小5%H型尾翼（A-10）的平尾尾容量系數(shù)可減小5%尾力臂可以用機身長度的百分數(shù)來作初步的估算對于發(fā)動機裝在機翼上的飛機，尾翼力臂約為機身長度的50~55%對于發(fā)動機安裝在后部的飛機，尾翼力臂約為機身長度的45~50%對采用主動控制技術(shù)的飛機，可將根據(jù)統(tǒng)計值算出的尾翼面積減小大約10%4.5.2尾翼參數(shù)選擇12對于V型尾翼的飛機，首先分別估算所需的水平和垂直尾翼尺寸，然后計算V型尾翼的總面積以提供與常規(guī)尾翼需要相同的面積；V型尾翼的上反角應(yīng)調(diào)整到所需的垂尾和平尾面積之比的平方根的反正切，該角度應(yīng)接近45°4.5.2尾翼參數(shù)選擇13鴨式布局飛機的鴨翼尺寸對操縱型鴨翼的鴨式布局，機翼提供大部分的升力，而鴨翼主要用于操縱。根據(jù)現(xiàn)有的該類飛機數(shù)據(jù)，平尾尾容量系數(shù)約為0.1，尾力臂的變化范圍大約為機身長度的35~50%對升力型鴨翼的鴨式布局，鴨翼和機翼一起產(chǎn)生升力，此時尾容量系數(shù)法不適用，應(yīng)按照所需的總機翼面積進行分配，通常是鴨翼占25%，機翼占75%4.5.2尾翼參數(shù)選擇144.5.2尾翼參數(shù)選擇尾翼的展弦比與尖削比平尾的前緣后掠角一般要大于機翼后掠角2°~5°，以使平尾在機翼之后失速，且使尾翼的臨界馬赫數(shù)大于機翼的，但隱身的考慮往往會使二者取為一致垂尾后掠角在35°~55°之間變化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滑翔機0.2~0.40.6~1.40.2~0.43~4戰(zhàn)斗機

λA

λ

A垂尾平尾

15精確的尾翼平面形狀，在設(shè)計的初始階段并不非常關(guān)鍵。尾翼的幾何參數(shù)在后來的分析和風(fēng)洞研究中還要修改對于方案設(shè)計，通常畫出“看起來是對的（lookright）”尾翼形狀就可以接受。當然，這要基于以往的經(jīng)驗和類似的設(shè)計尾翼的相對厚度通常與機翼的相對厚度類似，采用選取機翼參數(shù)時所用的經(jīng)驗曲線作為初始。對高速飛機，平尾通常比機翼大約薄10%，以保證平尾具有更高的臨界馬赫數(shù)。4.5.2尾翼參數(shù)選擇16全動平尾與升降舵參數(shù)選擇對大后掠的全動平尾，宜采用斜軸形式——轉(zhuǎn)軸沿平尾結(jié)構(gòu)后掠角布置對中等后掠角梯形平尾，宜采用直軸形式——轉(zhuǎn)軸垂直于飛