尾翼面

尾翼面（tail surface）是安裝在飛機尾部的一種裝置，可以增強飛行的穩定性。大多數尾翼面包括水平尾翼面和垂直尾翼面，也有少數採用V型尾翼面。尾翼面可以用來控制飛機的俯仰、偏航和傾斜以改變其飛行姿態。尾翼面是飛行控制系統的重要組成部分。

基本介紹

• 中文名：尾翼面
• 外文名：tail surface
• 構成：骨架和蒙皮
• 組成：水平尾翼面和垂直尾翼面
• 作用：控制飛機的俯仰、偏航和傾斜姿態
• 一級學科：航空科技

簡介

現代飛機的尾翼面通常為全金屬結構，包括水平尾翼面和垂直尾翼面。垂直尾翼通常由垂直安定面和方向舵組成（圖1（a）、（c））。常規布局的水平尾翼由水平安定面和升降舵組成（圖1（b））；而許多小型飛機的水平安定面與升降舵是一個整體結構，稱為全動平尾（圖1（a）、（c））。水平尾翼面的位置設計必須考慮避開螺旋槳滑流和機翼尾渦的雙重影響，機翼尾渦的下洗氣流會導致水平尾翼的實際迎角小於前方來流與平尾弦線的夾角，即當平尾安裝角為零時，實際為負迎角狀態。所以水平尾翼通常布置在機身的較低位置，或者安裝在垂直尾翼的頂部，構成所謂的T形尾翼（圖1（c））。

圖1

尾翼面的基本功能是為飛機提供飛行中的俯仰與方向安定性和操縱性。其中，俯仰安定性和操縱性由水平尾翼提供，而方向安定性和操縱性則由垂直尾翼提供。因為尾翼面屬於空氣動力翼面，所以其結構與機翼極為相似。

水平尾翼面

簡稱平尾，是飛機縱向平衡、穩定和操縱的翼面。平尾左右對稱地布置在飛機尾部，基本為水平位置。翼面前半部通常是固定的，稱為水平安定面。後半部鉸接在安定面的後面，可操縱上下偏轉，稱為升降舵。升降舵的後緣還裝有調整片。在大型飛機上，為了提高平尾的平衡能力，水平安定面在飛行中可以緩慢改變安裝角，這樣的平尾稱為可調水平尾翼。在飛行中，飛機升力的位置會隨迎角和速度的變化而移動，飛機重心也因燃油消耗等原因而變動。這樣，升力不可能在所有狀態下都通過重心，因而存在一個不平衡力矩。在有平尾的飛機上，此力矩就由平尾負升力或正升力的力矩來平衡。由於平尾距重心較遠，只要用很小的平尾升力就能使飛機保持力矩平衡。

飛機在飛行中會因各種干擾（如大氣中的陣風）而偏離原來姿態。平尾具有恢復飛機原有姿態的能力，對飛機起縱向穩定的作用。

飛機在飛行中需要經常改變飛行狀態，如爬升、平飛、下滑等。對於穩定的飛機，要改變飛行狀態就需要克服穩定力矩。例如要增大飛機迎角，就需要有一個克服穩定力矩的抬頭力矩。駕駛員操縱升降舵上偏，平尾即產生一個抬頭力矩，使飛機在增大的迎角下得到平衡，這就是平尾的縱向操縱作用。

平尾按相對於機翼的上下位置不同，大致分為高平尾、中平尾和低平尾三種型式。平尾處於飛機尾部，氣流在流經平尾以前先受到機身、機翼和發動機短艙等的影響，速度減小，方向也有變化。此外，螺旋槳滑流或發動機的噴流也會改變平尾的升力。它們對平尾的穩定和操縱效能都有較大影響。由於影響平尾工作的各種因素隨迎角和速度而變化，要想選擇一個合適的平尾位置，保證在所有飛行狀態下都有較高的平尾效能，是一件很困難的事情，經常要經過大量風洞實驗才能最後選定。

三叉戟客機的T形尾翼

在英國“三叉戟”旅客機上，平尾在垂直尾翼的頂端。從飛機正面看，平尾與垂尾構成T字形，故取名T形尾翼。這種飛機的發動機短艙位於機身尾部兩側，機翼位置靠後，只有將平尾移至垂尾頂端才能躲開機翼、發動機短艙和噴流的影響。由於垂尾是後掠的，故又能使平尾儘量遠離機翼，提高平尾的效能。在很多超音速殲擊機上,由於機身尾部長度較短,平尾非常靠近機翼，如將平尾放在較低的位置上（機翼翼弦平面以下），在大迎角時就能避開機翼、機身，減小它們對平尾的不利影響。

亞音速時，偏轉升降舵還會影響前面水平安定面上的升力，操縱效率較高。超音速時，升降舵的偏轉對前面的安定面沒有影響，舵面操縱效率大為下降。因此，在超音速飛機上將水平尾翼做成可操縱偏轉的整體，稱為全動平尾。在全動平尾上不再有安定面和升降舵之分。全動平尾的構造與機翼相同，但是翼面的全部彎矩和扭矩載荷在根部都要集中到轉軸上來，並且支承點是可轉動的軸承，因此全動平尾根部結構複雜，重量也較大。

通常超音速飛機機翼的展弦比較小，機翼展長比平尾展長大不了多少。利用平尾差動來產生滾轉操縱力矩已能滿足飛行的要求。平尾左、右翼面既能同向偏轉起升降舵作用，又能分別向不同方向偏轉（差動）起副翼的作用，這就是差動平尾。採用差動平尾以後，就可以取消機翼上的副翼，因而機翼整個後緣都可安裝襟翼以改善飛機的起飛、著陸性能和機動性。在變後掠翼飛機上，機翼可以繞垂直（翼弦面）樞軸轉動（常稱掠動），如在機翼上裝副翼，它在大後掠角位置上根本無法工作，因此只能採用差動平尾作為主要滾轉操縱面。

垂直尾翼面

簡稱垂尾，起保持飛機的航向平衡、穩定和操縱作用，原理與平尾相似。垂直尾翼僅僅布置在飛機軸線的上部，因為在起飛著陸時，飛機頭部上仰,尾部離地很近，無法布置垂尾翼面。與平尾相同，垂尾翼面的前半部分通常是固定的，稱垂直安定面，後半部分鉸接在安定面後部,可操縱偏轉，稱方向舵。垂尾的作用是保持轉彎在無側滑狀態下進行；在有側風著陸時保持機頭對準跑道；飛行中平衡不對稱的偏航力矩（如多發動機中有一台發動機停車造成的偏航力矩）。方向舵操縱系統中可裝阻尼器，以制止飛機在高空高速飛行中出現的偏航搖擺現象。

飛機對於航向操縱能力要求不高，即使在超音速飛機上也很少採用全動式垂直尾翼。

F-14“雄貓”戰鬥機的雙垂尾

多數飛機只有一個垂直尾翼（單垂尾）。它位於飛機的對稱面內。在一些多發動機的螺旋槳飛機上，為了提高垂尾效率，故意將垂尾放在螺旋槳後的高速氣流中。為此將垂直尾翼分為兩個（雙垂尾）或兩個以上（多垂尾）翼面。在雙垂尾型式中，常將兩個垂尾布置在平尾兩端，以提高平尾的效率。在超音速飛機上，由於機身比較粗大，為了保證飛機在高空高速飛行時仍有足夠的航向穩定性，需要有很大的垂尾面積。如果採用雙垂尾型式，可以降低垂尾高度，減小垂尾在側滑時產生的滾轉力矩。同時也可提高大迎角時的航向穩定性。

V形尾翼

由左右兩個翼面組成，像是固定在機身尾部帶大上反角的平尾。 V型尾翼兼有垂尾和平尾的功能。翼面可分為固定的安定面和鉸接的舵面兩部分，也可做成全動型式。

V形尾翼

呈V形的兩個尾面在俯視和側視方向都有一定的投影面積，所以能同時起縱向（俯仰）和航向穩定作用。當兩邊舵面作相同方向偏轉時，起升降舵作用；分別作不同方向偏轉（差動）時，則起方向舵作用。