战机垂尾外倾和内倾有什么区别?

魑魅涅磐


垂直尾翼的作用主要是控制战斗机的偏航,以及保持其航向的稳定!而垂直尾翼相对于机翼的安置状态主要有:与机翼的夹角等于90°,也就是常说的垂直尾翼;与机翼的夹角小于90°,也就是常说的外倾垂尾;与机翼的夹角大于90°,也就是常说的内倾垂尾。至于垂尾是垂直,还是内倾,亦或是外倾,主要与战机的整体设计有关!

垂尾外倾的战斗机主要有四代机:F22,F35,歼20,苏57以及特列F117和YF23以及F18。

四代机极为注重隐身性,无尾是对隐身最有利的。但是战斗机又极为注重机动性,无尾的机型机动性极为差劲。四代机除了注重隐身性之外,还有机动性,这么一来四代机就必须要使用垂尾了。而外倾的垂尾与机翼或者平尾呈锐夹角,当雷达波从侧面照射到外倾的垂危时可以将雷达波反射到其他地方去。


另外,外倾的双垂尾也有利于战斗机在大迎角时机动性的发挥。当战斗机在大迎角状态下,机身会遮挡大部分的垂尾,这样一来,就不利于大迎角航向安定性。而外倾的面积较大的垂尾就不会被机身完全挡住,可以保证战斗机大迎角航向安定性。另外,战斗机的航向静稳定性也会随着垂尾外倾角度的增大而减弱。

垂尾内倾的飞机主要有SR-71,以及其改进型号。

双垂尾内倾的主要应用于侦察机,轰炸机。因为这两种机型对机动性没有要求,但是对隐身性能要求极高。内倾的双垂尾更有利于隐身,但无法保证飞机在大迎角飞行时的稳定性,很简单,因为被机身遮挡了。在正常飞行时,地面雷达也很难探测到内倾的双垂尾,即便是探测到了,也可以将雷达波反射到其他方向上,从而实现了降低雷达波反射的目的。



垂尾垂直的战斗机就多了:苏27,苏30,苏35,F15,米格29,米格31,米格35等等。

垂直尾翼对战斗机的隐身性和大迎角飞行时的稳定性没什么贡献,反而不利于隐身。苏27系列为了保证大迎角飞行时的稳定性还特意在发动机下面安了一对腹鳍,而F15没有腹鳍是靠翼滚开保证大迎角飞行时的稳定性的,翼滚也就是涡流强度不稳定时造成的大迎角不可控滚转。(图片来自网络)


江山何沉


首先普及一下垂尾这个东西的作用:垂尾是用来增加航向稳定性的。在非隐身机时代,战斗机一般都用单垂尾,或者垂直的双垂尾。但这种设计不利于侧向隐身,容易和筒状机身和平尾构成90度的角反射器结构。所以到了雷达隐身时代,战斗机、轰炸机就必须舍弃原有的90度垂尾设计。

双垂尾和外倾双垂尾在侧向雷达后向散射的区别,侧面打过来的雷达波在三代机身上有一部分会原路返回,相当于角反射器


外倾双垂尾和内倾双垂尾都可以在很大程度上减少侧向的雷达散射截面机。对于地面雷达,外倾双垂尾将雷达波向地面偏折(但不会原路返回),一部分经过平尾反射向天上偏折,而内倾双垂尾则是向天上偏折。从隐身效果上,内倾双垂尾反而更好一些,因为雷达波反射到天上就彻底杜绝了被探测到的可能。

外倾双垂尾偏折雷达波示意图(以FC-31为例)

内倾双垂尾偏折雷达波示意图(以SR-71为例)


但是如果稍加留意,就可以注意到,其实现实中服役的飞机很少有使用内倾双垂尾的。目前已经服役的飞机里使用了内倾双垂尾的只有SR-71;B-2轰炸机在设计阶段曾经有一对内倾双垂尾,但是后来取消掉了。除此之外,只有一些概念设计尤其是无人机的模型上,还能看到内倾双垂尾。而各国的五代机设计则无一例外全部选择了外倾双垂尾,可见这一方案占到压倒性优势。那这又是为啥呢?

B-2的高级珍珠验证机模型,使用一对内倾双垂尾,后来取消掉了

一些模型、概念上也有内倾双垂尾设计


各国五代战斗机都是外倾双垂尾设计


主要就是因为内倾双垂尾对飞机的尺寸是有要求的。垂尾为了保证航向稳定性,需要做的比较大,而如果采用内倾设计,间距就不能太窄,否则会相互干涉,或者空气流场会有耦合。这也是为什么B-2和SR-71可以采用内倾双垂尾,而战斗机无一采用这种方案的最大原因,因为SR-71和B-2的尺寸足够大。实际上,内倾双垂尾的设计可以正升力,对飞机反而是更有益的。但是内倾双垂尾有一个致命问题,就是大迎角下,内倾双垂尾大部分都会被机身给遮住,会损失相当一部分来流,造成航向稳定性下降,这是一个致命问题。对于轰炸机、大型侦察机来讲,在天上飞的时候都是四平八稳的,不需要考虑大迎角状态,但是战斗机尤其强调大迎角机动性,这个问题就不能忍了。而外倾双垂尾由于是往外倾斜,在大迎角状态下依然有足够的来流来保持航向稳定性。所以也就不难理解为啥五代战机纷纷选择外倾双垂尾设计了。


纸上的宣仔


这都三个人邀请了,不答不行了,但这真是一个引战的问题啊!

我们先看看有哪些战机是内倾双垂尾的。

SR-71算是一个;

F-117的原型机“拥蓝”算是一个;

波兰的PZL-230F蝎式战斗机算是一个

《独立日2》电影中的幻日战机也算是一个吧;

军迷当年假想的歼-20也算上一个吧,别的也就真的不多了,可以说是屈指可数。

首先说存在的两架战机SR-71和拥蓝,内倾斜垂尾的设计是为了减小侧向雷达信号,算是一个不得已的设计。

对于主要在平流层飞行的SR-71来说,垂尾怎么设计都OK的,内倾斜不会带来太大的影响。

而对于需要执行空战任务和执行对地攻击任务的F-117来说,从“拥蓝”到“夜鹰”的改变最大的就是这个垂尾了——又改回外倾了。

理由很简单,内倾垂尾的效率要低于外倾斜或者垂直的垂尾,即便是隐身为第一要素的隐形战斗机也将之割舍掉了。

一架飞机在飞行的过程中,任何气动控制面最佳的工作环境就是在不受到机身气流扰动的空气中进行工作,由于内倾斜的垂尾会受到机身气流的扰动因此效率很差。很难对飞机进行有效控制。


这种“差”对于SR-71这样的大部分时间平飞的飞机而言并没有太大的影响,而对于需要不断的俯仰转弯作出机动的战机来说则是至关重要的。


因此目前性能优异的战斗机没有用内倾双垂尾的设计的。

而对于F-15或者米格-25这类骑墙党来说,垂直于机身的垂尾其实也不多见。实际上垂尾的设计原则是——远离机身。

从刚刚F-22的图片来看,垂尾躲机身还躲不开呢,就别再上前凑了。

所以说大多数的高性能战机如果不弄个硕大无比的垂尾,那么就会设计一个稍微外倾一些的小垂尾了。


军武数据库


战机垂直尾翼外倾比较多,所有的第五代战斗机都是外倾的,外加第四代战斗机中的F/A-18大黄蜂兄弟。但是外倾的战机几乎没有,到现在为止,只有美国已退役的战略侦察机SR-71黑鸟,以及F-117夜鹰的技术验证机“海弗兰”。

SR-71黑鸟战略侦察机F-117的技术验证机“海弗兰”

对于战机来说,垂尾不管是外倾还是内倾,主要目的都是为了提升隐身性能,减少侧面雷达反射面积。相比较下,垂尾内倾隐身性能更好,因为内倾的是将雷达反射导向天空,而垂尾外倾会导致垂尾与机翼之间形成锐角的雷达波折射区,容易放大雷达反射信号。F-22垂尾前移,布置在主翼和尾翼中间,一定程度上也是为了减少垂尾与平尾形成锐角雷达折射区

但之所垂尾内倾鲜有人使用,最主要原因这种布局在大仰角飞行时就属于找死行为,在飞机以较大仰角爬升时,原本垂到垂尾的气流会被机身挡的严严实实的,垂尾作用微乎其微,飞机极容易陷入危险。而垂尾外倾情况下,从机身侧面过来的气流还可以作用在垂尾上,从而提高大仰角状态下飞行稳定性。

歼-20在大仰角爬升,如果是垂尾内倾的话,机翼和机身会完全挡住垂尾的气流

这也是为什么只有SR-71黑鸟选择这种布局,因为这种战略侦察机压根不会去考虑什么什么大仰角性能。而对飞行要求较高的战斗机等来说,绝对不考虑这种布局。


五岳掩赤城


孔老师孔乙己乱弹

ⅤertⅰcaⅠ.taⅰⅰI〔垂直尾翼〕

简称“垂尾”、或“垂直安定面”是常規布局飛机的重要组成部分……

是由固定垂直尾翼和方向舵两部分组合一起(也有全動式垂尾),其作用:是保持飞机航向平衡、稳定、转弯和操控系统、有单垂尾、双垂尾、多面垂尾、外倾双垂尾、内倾双垂尾布局……

(4垂尾布局、是多发飞机為提高垂尾效率的气动布局)

(单垂尾高速战斗机为保证足够航向稳定性垂尾面积高大、而且还没计有腹鳍)

3代机多釆用双垂尾布局模式、双垂尾布局缩小了单垂尾面积、垂尾稳定性效率更高、在舰载机应用上可降低垂尾高度有利上舰。

(美國SR-71“黑鸟”高空高速侦查机有意识釆用内倾双垂尾设计、以避免強化雷达反射的直角内角、有利于隐身需要、但是、不利于稳定性……)

(4代机大多采用外倾双垂尾布局)

(F-35外倾双垂尾)

(FC-31验證机外倾双垂尾布局)

外倾双垂尾布局稳定性好、优于内倾双垂尾、但是、隐身效果差一些、大都采用隐身效果好的复合材料制作……

外倾双垂和内倾双垂尾在飞机气動布局设计上各有千秋。


4554加油



早在20世纪40年代,工程师们就意识到垂直尾翼,会产生强烈的雷达回波。通过将垂尾倾斜,飞机的雷达截面可以大大减小。



洛克希德公司的凯利·约翰逊在SR-71的设计中加入了内倾垂尾,因为中情局最初的要求是飞机在当时技术有限的情况下尽可能难以探测。 诺斯罗普和麦克唐纳·道格拉斯公司在YF-17、F-18和F-18E/F出于相似的原因。尽管这些飞机无论如何都不是真正的隐形飞机,但简单地将尾部倾斜远离垂直方向,可以将雷达截面降低到与小型飞机相同的水平。

F-18系列的倾斜垂尾也提供了一些空气动力学方面的好处。沿着前机身的侧面有两条长边条,这些表面产生强烈的旋涡,使飞机能够在很高的速度下迎角飞行。例如,F-18可以在不失速的情况下达到高达50°的迎角。当这些涡流远离飞机时,它们通过两个垂直尾翼产生高速气流,使它们更有效地提供偏航控制。



此外,由于作用在倾斜尾翼上的空气动力被分解成垂直(俯仰)和水平(偏航)分量,尾翼产生一些俯仰控制。垂直分量在起飞时使用最有效。通过向内转动两个方向舵,倾斜的垂直尾翼产生足够的下压力,帮助抬起飞机的机头,让它以较低的速度起飞。 由于倾斜垂尾对隐身特性有非常重要的影响,所以今天的大多数隐身飞机都使用倾斜垂尾就不足为奇了,除了B-2。


军机处留级大学士


各有千秋,取舍不同

就稳定性效率来讲,90°的垂直尾翼效率最高,而不管内倾或者外倾的双垂尾,在动作时都会产生一个向下或者向上的力,这其实影响了效率。如果外倾角度太大,甚至可以当作水平尾翼来用,比如YF23,那简直就是多功能尾翼。不过稳定性也差了。同理,对飞机重量要求严苛的飞机,都采用了垂直双垂尾,比如苏27和F15,都曾陷入减重的困扰。

在最开始时,设计者优先想到的是内倾双垂尾,四代机设计里普遍采取了边条以产生涡流,涡流同时造成了机翼后半部分的中间高压区,和两侧低压区,如果采用内倾双垂尾正好可以约束高压区,避免向低压区扩散,进一步增强涡流增升效果,内倾双垂尾还可以利用双垂尾内外的压力差,产生一部分升力。但是内倾双垂尾尖会产生气流,两股气流互相影响,会增加阻力降低垂尾效率,还会影响垂尾的强度,进一步增加重量。特别是四代机设计理念中,后机身减横截面积是很重要的减阻手段,这和设计理念相违背。如果把垂尾安装位置向机翼翼尖调整,又会增加位置强度。这一套下来得不偿失,所以采用内倾双垂尾的寥寥无几。

对于外倾双垂尾其实更有的说,既然没问,我也懒得写了。我的知识是从网络文章上读来的,文笔能量有限,欢迎大家斧正。




笔不意驰


ⅤertⅰcaⅠ.taⅰⅰI〔垂直尾翼〕

简称“垂尾”、或“垂直安定面”是常規布局飛机的重要组成部分……
是由固定垂直尾翼和方向舵两部分组合一起(也有全動式垂尾),其作用:是保持飞机航向平衡、稳定、转弯和操控系统、有单垂尾、双垂尾、多面垂尾、外倾双垂尾、内倾双垂尾布局……

(4垂尾布局、是多发飞机為提高垂尾效率的气动布局)

(单垂尾高速战斗机为保证足够航向稳定性垂尾面积高大、而且还没计有腹鳍)
3代机多釆用双垂尾布局模式、双垂尾布局缩小了单垂尾面积、垂尾稳定性效率更高、在舰载机应用上可降低垂尾高度有利上舰。


(美國
SR-71“黑鸟”高空高速侦查机有意识釆用内倾双垂尾设计、以避免強化雷达反射的直角内角、有利于隐身需要、但是、不利于稳定性……)
(4代机大多采用外倾双垂尾布局)
(F-35外倾双垂尾)
(FC-31


验證机外倾双垂尾布局)

外倾双垂尾布局稳定性好、优于内倾双垂尾、但是、隐身效果差一些、大都采用隐身效果好的复合材料制作……

外倾双垂和内倾双垂尾在飞机气動布局设计上各有千秋、各有利弊……


孔乙己乱弹


内倾垂尾有利于飞机的隐身性能,但是机动性能下降,飞机大攻角飞行时机身会遮挡垂尾,增加了飞机的不稳定性,而外倾垂尾有诸多好处,它除了用于转弯外,在起飞时同时内翻,可以使飞机更快起飞,降落接地后外翻可以产生升力,使机头下压,增加刹车效率。


晚离秋


根据空气动力学判断,垂直尾翼摆动是飞机通过左右摆动机尾水平微调整方向。


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