客機尾巴上水平的兩個升降舵翼面為什麼有的在底部有的在頂部?各有什麼優缺點?

用戶4207829455


升降舵是主要的俯仰操縱裝置

升降舵種類和優缺點

  • 水平尾翼簡稱平尾,是飛機縱向平衡、穩定和操縱的翼面

  1. 用很小的平尾升力就能使飛機保持力矩平衡

  2. 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

  • 垂直尾翼

  1. 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

  2. 飛行中平衡不對稱的偏航力矩(如多發動機中有一臺發動機停車造成的偏航力矩)

  3. 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

  4. V型尾翼


升降舵


分別安裝在機身尾部兩側水平安定面的後緣上。它們一同向上和向下移動。

當駕駛員向後拉駕駛杆時,升降舵向上運動。前推駕駛杆時,升降舵向下運動。上揚的升降舵給機尾一個向下的力,而導致機頭向上仰。這使機翼的氣動迎角增加,產生更大的升力和阻力。駕駛杆回到中立位置後,升降舵也回到中立位置,飛機的俯仰變化停止。


作用


側傾

偏航

俯仰



飛機轉彎與船隻不同,飛機是三度立體空間,與二度空間操縱概念不一樣,飛機操縱轉彎主要裝置,不是方向舵,也不是使用副翼,是升降舵;

簡單比喻,當飛機平飛時,單純的持續維持升降舵向後的操縱壓力時,即可完成一個向上垂直90度改變360度的平面即為“斤斗”,這平面若為水平即為“平飛轉彎”,所以要操飛機轉彎的操作順序是:先以副翼建立航空器所需轉彎率的坡度後,同時增加應有的升降舵向心力即可進行“平飛轉彎”,因此飛機轉彎,副翼是建立飛機坡度時使用的,是轉彎的輔助裝置,飛機轉彎的主操縱面是“升降舵”。


因為,僅僅操縱副翼建立飛機坡度後,飛機並不會轉彎,但因建立坡度後機翼升力減少,這時因地心引力的關係,較重的機頭會持續下垂,直至機頭垂直地面,應使用升降舵向後,使機頭向後以增加機翼上的升力,才能維持飛機“平飛”,此時會在水平方向上產生一個與偏轉坡度方向一致的分力,該分力垂直於飛機的飛行方向,這樣飛機就會在這個分力的作用下做向心運動,也就是“向心力”,從而導致航向改變實現轉彎。


最後說明

gif由NASA創作,屬於公有領域。根據NASA的版權政策:“NASA的創作除非另有聲明否則不受版權保護。”


海浪同學


飛機的水平尾翼由水平安定面和升降舵組成,就像下圖這樣。

水平安定面用來配平飛機自身重力和升力產生的低頭力矩,因為飛機的重心並不會和升力中心重合而且重心會位於升力中心之前。升降舵用來控制飛機爬升或下降的。

現在的絕大多數民航客機的水平尾翼都位於垂直尾翼下方。但也有一些機型的水平尾翼在垂直尾翼的上方,我們這種尾翼佈局被稱之為“T型尾翼”。下圖是雅克-42D飛機的尾翼,雅克-42D是前蘇聯雅克夫列夫設計局在上世紀70年代研製的一款中短程運輸機。

採用T型尾翼的最大好處是,水平尾翼受到飛機發動機向後噴出的氣流的影響較小,飛機操作性能更好。而且水平尾翼安裝在垂尾上方後,騰出的空間可方便裝卸貨物。

但T型尾翼也有缺點,T型尾翼的全部重量得靠垂尾來支撐,因而垂尾就得有較高的結構強度,這樣垂尾就得做得比較重。

一般來講,現代民用飛機採用T型尾翼的主要是大型軍用運輸機和採用尾吊式發動機佈局的飛機。大型軍用運輸機比如美國的C-17“環球霸王”運輸機、C-5“銀河”運輸機以及我國的運-20運輸機等都採用的是T型尾翼。

(上圖為C-17“環球霸王”運輸機)

(上圖為C-5“銀河”運輸機)

(上圖為運-20運輸機)

尾吊式發動機佈局就是發動機安裝在機尾,這樣就佔用了水平尾翼的安裝空間,因而這類飛機只能採用T型平尾。比如波音727、龐巴迪CRJ系列支線客機還有我們國產支線客機ARJ21都是尾吊式發動機佈局,因而都採用了T型平尾。

(上圖為波音727)

(上圖為龐巴迪CRJ900)

(上圖為中國商飛ARJ21)


熊貓愛飛行


客機尾部兩個水平的小翼面,是水平安定面和升降舵一體的,叫水平尾翼,可以簡稱平尾。



操縱升降舵改變飛機的俯仰角度。安定面起到穩定飛機水平姿態的作用。

由於翼面在飛機最後邊,容易受到機身和機翼誘發的渦流、湍流影響,降低安定作用。一般都是比機身高一點的位置。二戰時的活塞螺旋槳飛機,平尾一般在垂尾中部或下部,形成十字、倒T字形尾翼。





在飛機大迎角飛行時,機身湍流會影響尾翼,平尾會上移,設計成T字形尾翼。如F-104。

有一種發動機尾吊佈局,發動機在機身尾部兩側,此時平尾一般都選擇T形安裝。



隨著飛機速度提高,平尾較高的話,飛機會產生抬頭力矩。告訴飛機的平尾逐漸下移,現在大部分都安裝在飛機尾部的上端。同時比十字形尾翼方便製造。



客機由於機身質量較大,平尾的高低位置變化對飛機的影響較小。而且客機一般採用下單翼,平尾低一點不會受到發動機噴流的影響。

軍用運輸機一般採用上單翼,如果平尾較低,發動機尾噴熱氣流會影響平尾。所以平尾都較高。運20就採用TT字形尾翼。


一葉楓流靈似舞妖


圖注:採用尾吊發動機的飛機因為發動機艙擠佔了水平尾翼的安裝位置,只好使用T型尾翼

升降舵,顧名思義就是控制飛機升降的“舵面”,是水平尾翼中可操縱的翼面部分,主要用來對飛機進行俯仰操縱。升級舵,準確的說是水平尾翼的安裝位置主要分兩類,一種是安裝在垂直尾翼根部,這是最常見的安裝方式;一種是安裝在垂直尾翼頂部,與垂尾一起構成所謂的“T”型尾翼。這兩種方式在操縱效率上沒有太大區別,只是“T”型尾翼的結構更加複雜一些,結構重量也比較大,而且大迎角條件下操縱性較差,容易進入螺旋且很難改出。

由於水平尾翼和升降舵是靠氣動效應工作的,所以在設計時要考慮主翼下洗氣流的干擾。比如說軍用運輸機為了提高機場適應能力,多采用上單翼結構,這樣一來,如果水平尾翼還佈置在垂尾根部,就和主翼處在同一水平線上,被主翼的氣流所幹擾,影響操縱效率,只好把水平尾翼放到垂尾頂部,避開氣流乾擾。

圖注:運輸機多使用T型尾翼

對於客機來說,主翼基本上都採用下單翼結構,一來便於佈置主起落架,機翼的部分空間還可以融合起落架艙,有利於減小起落架艙的整流外形,可以減小氣動阻力;二來降低了翼吊發動機的離地高度,方便維護檢修,有利於提高飛機的週轉率。這樣一來,因為主翼處於機身較低的位置,不會對水平尾翼產生氣動干擾,水平尾翼就可以直接安裝在機身尾部,無需使用結構更為複雜的“T”型尾翼。

但是,如果客機沒有采用翼吊發動機,而是尾吊發動機,也就是把發動機對稱安裝在機尾兩側,或者在垂尾根部再加裝一臺發動機,形成“三叉戟”佈局。這樣的話,機尾就沒有空間佈置水平尾翼了,也只能使用“T”型尾翼。


兵工科技


在作用上沒什麼不同,安裝位置是由飛機的整體設計而決定的,發動機安裝在機身尾部的飛機,發動機佔據了水平尾翼的位置。所以只好安裝在垂尾的頂部了,另外軍用運輸機由於機身的離地間隙低,尾部設計有尾艙門以方便大型裝備進出,所以也只好將水平尾翼安裝在垂尾的頂部了。


老何157501439


主要是取決於發動機的位置。大型飛機由於平衡機翼載荷考慮,發動機往往在翼下,水平安定面可以在機身水平位置,便於安裝安定面和升降舵控制機構。小飛機由於機身高度限制,發動機後置,水平安定面只能在垂尾頂部,相應的控制傳動機構複雜些。


pipi155154474


T型尾翼這種尾翼結構的好處給發動機騰位置。如果作為運輸機設計,運輸機的屁屁就可以開個口子,為裝載貨物提供最大的方便。不過T 型尾翼也有缺點,高置的水平尾翼對結構提出了更高的要求,總體結構重量肯定要比常規的高。還有就是T 尾爬升時飛行包線比常規的小,T 尾改失速很難甚至會變成深失速,十分危險,所以飛行包線較常規的就要小些。工程師已經在軟件上設置了,飛行手冊也會說明。


分享到:


相關文章: