尾翼设计(北航)

1、0 v尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，是飞机纵向尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，是飞机纵向 和侧向上的平衡、稳定及操纵机构。和侧向上的平衡、稳定及操纵机构。 v尾翼设计的成败，直接关系到飞机的稳定性尾翼设计的成败，直接关系到飞机的稳定性 和操纵性，同时在一定程度上影响飞机的飞和操纵性，同时在一定程度上影响飞机的飞 行性能，如速度、升限等，所以尾翼是根据行性能，如速度、升限等，所以尾翼是根据 飞机的操纵飞机的操纵 、稳定性要求进行设计的。、稳定性要求进行设计的。 4 尾翼布置及参数选择尾翼布置及参数选择 1 4.5.1 尾翼的布置尾翼的布置 后置尾翼变化情况后置尾翼变化情况 2 4.5.1 尾翼的布置尾

2、翼的布置 常规型尾翼通常可在重量最轻的情况，提供足够常规型尾翼通常可在重量最轻的情况，提供足够 的稳定性和操纵性的稳定性和操纵性 T型比常规型重得多，因为尾翼必须加强，以支型比常规型重得多，因为尾翼必须加强，以支 撑平尾撑平尾 由于存在端板效应，由于存在端板效应，T型的垂尾可以较小型的垂尾可以较小 T型把平尾抬高，避开了机翼尾流和螺旋桨滑流型把平尾抬高，避开了机翼尾流和螺旋桨滑流 ，使其效率提高，从而减小平尾尺寸，使其效率提高，从而减小平尾尺寸 T型减小了平尾颤振，从而减轻了结构和飞行员型减小了平尾颤振，从而减轻了结构和飞行员 的疲劳的疲劳 十字型是介于上述二者之间的这种方案：既避免十字型是介

3、于上述二者之间的这种方案：既避免 喷流对平尾或方向舵的干扰，又减小重量代价；喷流对平尾或方向舵的干扰，又减小重量代价； 但无法利用端板效应来减小尾翼的面积但无法利用端板效应来减小尾翼的面积 3 4.5.1 尾翼的布置尾翼的布置 双立尾可以把方向舵设置得离开飞机中心线，通双立尾可以把方向舵设置得离开飞机中心线，通 常比具有同等面积的单垂尾重，但往往更有效，常比具有同等面积的单垂尾重，但往往更有效， 也直接减少了所需的高度也直接减少了所需的高度 在大迎角下，双立尾可能被机翼或前机身挡住在大迎角下，双立尾可能被机翼或前机身挡住 双立尾外倾对隐身有较大好处，一般外倾角在双立尾外倾对隐身有较大好处，一般

4、外倾角在 1525之间之间 V型尾翼是为了减小浸湿面积，与常规平尾和垂型尾翼是为了减小浸湿面积，与常规平尾和垂 尾上对应的力是尾上对应的力是V型尾翼上的力在水平和垂直方型尾翼上的力在水平和垂直方 向的投影向的投影 NACA研究表明，要获得满意的操稳性，研究表明，要获得满意的操稳性，V尾的尾的 尺寸需增大到其面积大约与所需的平尾和垂尾分尺寸需增大到其面积大约与所需的平尾和垂尾分 开时的面积的总和相等，且操纵动作复杂，不过开时的面积的总和相等，且操纵动作复杂，不过 干扰阻力可以较低干扰阻力可以较低 4 4.5.1 尾翼的布置尾翼的布置 v平尾位置对失速特性的影响平尾位置对失速特性的影响 失速失速时

5、，如果尾翼位于机翼尾流区，它将失去操时，如果尾翼位于机翼尾流区，它将失去操 纵能力，并进一步加剧上仰纵能力，并进一步加剧上仰 一般一般尾力臂尾力臂短的飞机，平尾都布置在机翼弦平面短的飞机，平尾都布置在机翼弦平面 翼以下，或在机翼弦平面上但带有上反角翼以下，或在机翼弦平面上但带有上反角 5 4.5.1 尾翼的布置尾翼的布置 v为改出尾旋的尾翼布置为改出尾旋的尾翼布置 尾旋时，飞机基本上是垂直下落，同时导致绕一尾旋时，飞机基本上是垂直下落，同时导致绕一 垂直轴旋转，此时必须制止旋转并减小侧滑角，垂直轴旋转，此时必须制止旋转并减小侧滑角， 从而要求有足够的方向舵操作从而要求有足够的方向舵操作 大迎角

6、下，平尾失速，产生紊流尾迹，并以大约大迎角下，平尾失速，产生紊流尾迹，并以大约 45 的角度向上扩展。作为经验法则，方向舵的角度向上扩展。作为经验法则，方向舵 至少应有三分之一必须在尾迹之外至少应有三分之一必须在尾迹之外 6 4.5.1 尾翼的布置尾翼的布置 v为改出尾旋的尾翼布置（续）为改出尾旋的尾翼布置（续） 将平尾上移也也可减小平尾尾迹对方向舵的影响，但需将平尾上移也也可减小平尾尾迹对方向舵的影响，但需 要提防上仰要提防上仰 背鳍因产生一个附着于垂尾上的涡而改善了大侧滑角下背鳍因产生一个附着于垂尾上的涡而改善了大侧滑角下 的尾翼效率，这可防止在尾旋中所遇到的那种大侧滑角的尾翼效率，这可防

7、止在尾旋中所遇到的那种大侧滑角 ，并在尾旋中增大方向舵操纵，并在尾旋中增大方向舵操纵 腹鳍可以防止大侧滑角，且不会被机翼尾迹淹没，还用腹鳍可以防止大侧滑角，且不会被机翼尾迹淹没，还用 于避免高速飞行中的航向不稳定性于避免高速飞行中的航向不稳定性 7 4.5.2 尾翼的布置尾翼的布置 F/A-18E尾翼的错开尾翼的错开 J-10的双腹鳍的双腹鳍 8 4.5.2 尾翼参数选择尾翼参数选择 v初步选择通常是参照同类飞机的统计资料初步选择通常是参照同类飞机的统计资料 选择适当的选择适当的尾容量尾容量 HTHT HT ww LS C C S 平尾平尾 LHT（Lh）-尾力臂尾力臂 SHT-平尾面积平尾面

8、积 鸭翼全面积外露面积鸭翼全面积外露面积 Cw（bA） -机翼平均气动弦长机翼平均气动弦长 Sw-机翼全面积机翼全面积 9 4.5.2 尾翼参数选择尾翼参数选择 v初步选择通常是参照同类飞机的统计资料初步选择通常是参照同类飞机的统计资料 选择适当的选择适当的尾容量尾容量 VTVT VT ww L S C b S 立尾立尾 LVT(Lv) -尾力臂尾力臂 SVT-立尾面积，双立立尾面积，双立 尾面积为二者之和尾面积为二者之和 bw（l） -机翼翼展机翼翼展 Sw-机翼全面积机翼全面积 10 v根据尾容量系数和尾力臂的值可以计算尾翼面积根据尾容量系数和尾力臂的值可以计算尾翼面积 v尾容量系数的统计

9、值尾容量系数的统计值 / / VTVTwwVT HTHTwwHT SC b SL SCC SL 典型值典型值 平尾平尾CHT垂尾垂尾CVT 喷气教练机喷气教练机0.700.06 喷气战斗机喷气战斗机0.400.07 军用运输机轰炸机军用运输机轰炸机1.000.08 喷气运输机喷气运输机1.000.09 4.5.2 尾翼参数选择尾翼参数选择 11 v尾容量系数的修正尾容量系数的修正 对于全动尾翼，尾容量系数可减小对于全动尾翼，尾容量系数可减小1015% 对对T型尾翼，立尾尾容量系数由于端板效应可减小约型尾翼，立尾尾容量系数由于端板效应可减小约5%， 而平尾尾容量系数由于处于无扰动气流中可减小而平

10、尾尾容量系数由于处于无扰动气流中可减小5% H型尾翼（型尾翼（A-10）的平尾尾容量系数可减小）的平尾尾容量系数可减小5% v尾力臂可以用机身长度的百分数来作初步的估算尾力臂可以用机身长度的百分数来作初步的估算 对于发动机装在机翼上的飞机，尾翼力臂约为机身长度的对于发动机装在机翼上的飞机，尾翼力臂约为机身长度的 5055% 对于发动机安装在后部的飞机，尾翼力臂约为机身长度的对于发动机安装在后部的飞机，尾翼力臂约为机身长度的 4550% v对采用主动控制技术的飞机，可将根据统计值算出对采用主动控制技术的飞机，可将根据统计值算出 的尾翼面积减小大约的尾翼面积减小大约10% 4.5.2 尾翼参数选择

11、尾翼参数选择 12 v对于对于V型尾翼的飞机，首先分别估算所需的水平和型尾翼的飞机，首先分别估算所需的水平和 垂直尾翼尺寸，然后计算垂直尾翼尺寸，然后计算V型尾翼的总面积以提供型尾翼的总面积以提供 与常规尾翼需要相同的面积；与常规尾翼需要相同的面积； vV型尾翼的上反角应调整到所需的垂尾和平尾面积型尾翼的上反角应调整到所需的垂尾和平尾面积 之比的平方根的反正切，该角度应接近之比的平方根的反正切，该角度应接近45 4.5.2 尾翼参数选择尾翼参数选择 13 v鸭式布局飞机的鸭翼尺寸鸭式布局飞机的鸭翼尺寸 对操纵对操纵型鸭翼的鸭式型鸭翼的鸭式布局，布局，机翼提供大部分的升力，而机翼提供大部分的升力

12、，而 鸭翼主要用于操纵。根据现有的该类飞机数据，平尾尾鸭翼主要用于操纵。根据现有的该类飞机数据，平尾尾 容量系数约为容量系数约为0.1，尾力臂的变化范围大约为机身长度的，尾力臂的变化范围大约为机身长度的 3550% 对升力对升力型鸭翼的鸭式布局，鸭翼和机翼一起产生升力，型鸭翼的鸭式布局，鸭翼和机翼一起产生升力， 此时尾容量系数法不适用，应按照所需的总机翼面积进此时尾容量系数法不适用，应按照所需的总机翼面积进 行分配，通常是鸭翼占行分配，通常是鸭翼占25%，机翼占，机翼占75% 4.5.2 尾翼参数选择尾翼参数选择 14 4.5.2 尾翼参数选择尾翼参数选择 v尾翼的展弦比与尖削比尾翼的展弦比与

13、尖削比 v平尾的前缘后掠角一般要大于机翼后掠角平尾的前缘后掠角一般要大于机翼后掠角 25，以使平尾在机翼之后失速，且使，以使平尾在机翼之后失速，且使 尾翼的临界马赫数大于机翼的，尾翼的临界马赫数大于机翼的，但隐身的考但隐身的考 虑往往会使二者取为一致虑往往会使二者取为一致 v垂尾后掠角在垂尾后掠角在3555之间变化之间变化 0.61.00.71.2 T型尾翼型尾翼 0.30.61.32.00.30.6 35其其 它它 0.40.61.52.00.30.5 610滑翔机滑翔机 0.20.40.61.40.20.4 34战斗机战斗机 A A 垂垂 尾尾 平平 尾尾 15 v精确的尾翼平面形状，在设

14、计的初始阶段并不非常精确的尾翼平面形状，在设计的初始阶段并不非常 关键。尾翼的几何参数在后来的分析和风洞研究中关键。尾翼的几何参数在后来的分析和风洞研究中 还要修改还要修改 v对于方案设计，通常画出对于方案设计，通常画出“看起来是对的（看起来是对的（look right）”尾翼形状就可以接受。当然，这要基于以尾翼形状就可以接受。当然，这要基于以 往的经验和类似的设计往的经验和类似的设计 v尾翼的相对厚度通常与机翼的相对厚度类似，采用尾翼的相对厚度通常与机翼的相对厚度类似，采用 选取机翼参数时所用的经验曲线作为初始。对高速选取机翼参数时所用的经验曲线作为初始。对高速 飞机，平尾通常比机翼大约薄飞机，平尾通常比机翼大约薄10%，以保证平尾具，以保证平尾具 有更高的临界马赫数。有更高的临界马赫数。 4.5.2 尾翼参数选择尾翼参数选择 16 v全动平尾与升降舵参数选择全动平尾与升降舵参数选择 对大后掠的全动平尾，宜采用斜轴形式对大后掠的全动平尾，宜采用斜轴形式转轴沿平尾转轴沿平尾 结构后掠角布置结构后掠角布置 对中等后掠角梯形平尾，宜采用直轴形式对中等后掠角