尾翼設(shè)計(jì)(北航)

0尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，是飛機(jī)縱向和側(cè)向上的平衡、穩(wěn)定及操縱機(jī)構(gòu)。尾翼設(shè)計(jì)的成敗，直接關(guān)系到飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性，同時(shí)在一定程度上影響飛機(jī)的飛行性能，如速度、升限等，所以尾翼是根據(jù)飛機(jī)的操縱、穩(wěn)定性要求進(jìn)行設(shè)計(jì)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?yàn)槲惨肀仨毤訌?qiáng)，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(jī)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(duì)平尾或方向舵的干擾，又減小重量代價(jià)；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(jī)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(jī)翼或前機(jī)身擋住雙立尾外傾對(duì)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(duì)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(shí)的面積的總和相等，且操縱動(dòng)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(duì)失速特性的影響失速時(shí)，如果尾翼位于機(jī)翼尾流區(qū)，它將失去操縱能力，并進(jìn)一步加劇上仰一般尾力臂短的飛機(jī)，平尾都布置在機(jī)翼弦平面翼以下，或在機(jī)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(shí)，飛機(jī)基本上是垂直下落，同時(shí)導(dǎo)致繞一垂直軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)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(kuò)展。作為經(jīng)驗(yàn)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(duì)方向舵的影響，但需要提防上仰背鰭因產(chǎn)生一個(gè)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(huì)被機(jī)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(cuò)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(jī)的統(tǒng)計(jì)資料選擇適當(dāng)?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(jī)翼平均氣動(dòng)弦長Sw-機(jī)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(jī)的統(tǒng)計(jì)資料選擇適當(dāng)?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(jī)翼翼展Sw-機(jī)翼全面積10根據(jù)尾容量系數(shù)和尾力臂的值可以計(jì)算尾翼面積尾容量系數(shù)的統(tǒng)計(jì)值典型值平尾CHT垂尾CVT噴氣教練機(jī)0.700.06噴氣戰(zhàn)斗機(jī)0.400.07軍用運(yùn)輸機(jī)／轟炸機(jī)1.000.08噴氣運(yùn)輸機(jī)1.000.094.5.2尾翼參數(shù)選擇11尾容量系數(shù)的修正對(duì)于全動(dòng)尾翼，尾容量系數(shù)可減小10~15%對(duì)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(dòng)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(jī)身長度的百分?jǐn)?shù)來作初步的估算對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)翼上的飛機(jī)，尾翼力臂約為機(jī)身長度的50~55%對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在后部的飛機(jī)，尾翼力臂約為機(jī)身長度的45~50%對(duì)采用主動(dòng)控制技術(shù)的飛機(jī)，可將根據(jù)統(tǒng)計(jì)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(duì)于V型尾翼的飛機(jī)，首先分別估算所需的水平和垂直尾翼尺寸，然后計(jì)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(jī)的鴨翼尺寸對(duì)操縱型鴨翼的鴨式布局，機(jī)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(jī)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(jī)身長度的35~50%對(duì)升力型鴨翼的鴨式布局，鴨翼和機(jī)翼一起產(chǎn)生升力，此時(shí)尾容量系數(shù)法不適用，應(yīng)按照所需的總機(jī)翼面積進(jìn)行分配，通常是鴨翼占25%，機(jī)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(jī)翼后掠角2°~5°，以使平尾在機(jī)翼之后失速，且使尾翼的臨界馬赫數(shù)大于機(jī)翼的，但隱身的考慮往往會(huì)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(jī)0.2~0.40.6~1.40.2~0.43~4戰(zhàn)斗機(jī)

λA

λ

A垂尾平尾

15精確的尾翼平面形狀，在設(shè)計(jì)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(duì)于方案設(shè)計(jì)，通常畫出“看起來是對(duì)的（lookright）”尾翼形狀就可以接受。當(dāng)然，這要基于以往的經(jīng)驗(yàn)和類似的設(shè)計(jì)尾翼的相對(duì)厚度通常與機(jī)翼的相對(duì)厚度類似，采用選取機(jī)翼參數(shù)時(shí)所用的經(jīng)驗(yàn)曲線作為初始。對(duì)高速飛機(jī)，平尾通常比機(jī)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(dòng)平尾與升降舵參數(shù)選擇對(duì)大后掠的全動(dòng)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(duì)中等后掠角梯形平尾，宜采用直軸形式——轉(zhuǎn)軸垂直于飛