飞机秘密档案——尾翼

曾翔龙

按水平尾翼数量分类

水平尾翼装在飞机尾部的布局被称为“正常式”，水平尾翼位于机翼前方的被称为“鸭式”。

水平尾翼的数目不限于一个，也有双尾翼式，如F-14、F-18、F-35C战斗机等。不仅如此，在军用和民用飞机中还出现不少没有水平尾翼的无尾飞机，如幻影2000、协和号超音速客机等。无尾飞机的俯仰平衡和操纵功能由机翼的升降副翼来承担。由于取消了水平尾翼，所以飞机阻力较小、重量较轻，但它的缺点是安全的重心范围小。

按垂直尾翼数量分类

垂直尾翼又称立尾，通常尾翼飞机按照垂直尾翼的数量可分为：单立尾飞机、双立尾飞机、三立尾飞机。三立尾结构只停留在理论阶段，并无实际应用。

单立尾结构简单，可以由单立尾上的方向舵来完成飞机的偏航力矩（使得飞机在水平平面内发生改变的力矩），所以很多先进的战斗机如F一16、J-10、阵风战斗机等使用的都是单立尾结构。不过，这种结构的尾翼承受不了太大的力，所以一些高机动性的战斗机无法采用单立尾结构。

战斗机对机动性的要求较高，如果本身体积大、质量大，如重型战斗机，就只能采用双立尾来分担气动负荷。多一个立尾就多一套机械控制系统，所以原则上只有在无法采用单立尾的情况下才考虑双立尾。俄罗斯的Su-33、MG-31，美国的F-22、F-35等都采用了双立尾结构。未来，Su-47、MG-144和T-50等双立尾战斗机也是俄罗斯战斗机的主要发展方向。

双立尾最主要是提高大攻角（迎角）时的机动性，单立尾在大攻角时因机身阻挡气流受干扰，会减弱和失掉机动操控能力，所以单立尾布局多采用腹鳍补救;双立尾在大攻角时则可避开机身干扰，因而可获得较好的大攻角机动能力。

双立尾可以提高操纵力矩（对偏航力矩的控制力），也就是在同样操纵力矩的情况下可以降低立尾的高度。但是由于多了一套空气动力平面，双立尾之间的互相干扰，以及双立尾与其他翼面的相互作用就比较复杂，同时由于多了一套操纵系统，重量和复杂性都有相应的增加。因此对于起飞重量不大，或者可以采取其他措施来提高水平机动性的飞机，未必要采用双立尾。

按尾翼布局形式分类

尾翼布局的形式主要由水平尾翼和垂直尾翼的相对位置确定，有常规型、V型、十字型和T 型。

常规型尾翼在民航客机中最为常见，一些战斗机如歼-7、歼-8、轰-5等都采用了这种结构。在各种类型的尾翼中，常规型尾翼的综合性能最为突出。

双立尾飞机

V型尾翼兼有垂直尾翼和水平尾翼的功能。翼面可分为固定的安定面和可活动的舵面两部分，也可做成全动式。两个尾翼在俯视和侧视方向上都有一定的投影面积，所以能同时起纵向（俯仰）和航向稳定作用;当两边舵面做相同方向偏转时，V型尾翼起升降舵作用;分别做不同方向偏转时，尾翼则起方向舵作用。双立尾基本都是V型的。

V型翼飞机

十字型尾翼的水平尾翼位于垂直尾翼的中部，其外形如汉字“十”。相对于常规型尾翼飞机，其水平尾翼避开了机翼以及螺旋桨对后方气流的影响，减小了震颤;相对于T型尾翼飞机，十字型尾翼不需要过大的结构强度去满足稳定性，在飞机失速时也可以减弱机翼后方扰流导致的平尾失效。我国的歼-5、美国的A-3战斗机就采用了这种尾翼结构。

十字型尾翼飞机

T型尾翼飞机（此飞机也为“上单翼飞机”）

T型尾冀的水平尾翼位置较高，这样可以避开流经机翼的气流和发动机向后喷出的气流对水平尾翼的干扰，所以一般上单翼飞机都采用这种布局。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，所以这种类型的尾翼结构强度要求更高。C-17、C-55、伊爾76等大型运输机采用的就是这种T型尾翼。

飞机在飞行时，尾翼所产生的升力要与机翼产生的升力相平衡。但T型尾翼飞机在低速大迎角飞行时，由于水平尾翼处于机翼的尾流区，机翼对尾翼起了遮蔽作用，所以尾翼的升力会减小。这样一来，尾翼和机翼的受力就可能失去平衡，飞机容易失速，进入尾旋。

无尾翼飞机

幻影2000

介绍了这么多种飞机尾翼，有没有无尾翼的飞机呢？当然有！我们知道飞机尾翼的作用是使飞机在飞行中保持平衡，不至于翻滚，还可以用来操纵飞机升降。但是尾翼又给飞机增加了重量和阻力。特别是水平尾翼和机翼处在同一水平面时，配合不好二者还会互相干扰，导致飞机飞行不稳定。由此，飞机设计师就将水平尾翼去掉，然后将机翼向后延长代替水平尾翼。这样就形成了三角翼的形式，我们称它为无尾三角翼飞机。不过，无尾翼飞机实际上只是无水平尾翼，而垂直尾翼仍然保留着。

由于取消了水平尾翼，无尾翼飞机的机身载荷减小，结构重量较轻，阻力小，很适合高速飞行。但是，低速飞行时性能就比较差，特别是在起飞和着陆时。为了改善起飞与着陆性能，无尾翼飞机通常都会采用较大面积的机翼。我们常见的无尾翼飞机有幻影2000那种大三角翼飞机，也有B-2那种飞翼飞机。

打开飞机档案，我们看到这么多种类型的尾翼，你有没有受到一点儿启发？根据飞机尾翼的气动原理，我们也可以试着设计一些独特的尾翼，说不定有一天我们设计的尾翼也能帮助飞机翱翔天际呢！