客机尾巴上水平的两个升降舵翼面为什么有的在底部有的在顶部?各有什么优缺点?

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图注:采用尾吊发动机的飞机因为发动机舱挤占了水平尾翼的安装位置,只好使用T型尾翼

升降舵,顾名思义就是控制飞机升降的“舵面”,是水平尾翼中可操纵的翼面部分,主要用来对飞机进行俯仰操纵。升级舵,准确的说是水平尾翼的安装位置主要分两类,一种是安装在垂直尾翼根部,这是最常见的安装方式;一种是安装在垂直尾翼顶部,与垂尾一起构成所谓的“T”型尾翼。这两种方式在操纵效率上没有太大区别,只是“T”型尾翼的结构更加复杂一些,结构重量也比较大,而且大迎角条件下操纵性较差,容易进入螺旋且很难改出。

由于水平尾翼和升降舵是靠气动效应工作的,所以在设计时要考虑主翼下洗气流的干扰。比如说军用运输机为了提高机场适应能力,多采用上单翼结构,这样一来,如果水平尾翼还布置在垂尾根部,就和主翼处在同一水平线上,被主翼的气流所干扰,影响操纵效率,只好把水平尾翼放到垂尾顶部,避开气流干扰。

图注:运输机多使用T型尾翼

对于客机来说,主翼基本上都采用下单翼结构,一来便于布置主起落架,机翼的部分空间还可以融合起落架舱,有利于减小起落架舱的整流外形,可以减小气动阻力;二来降低了翼吊发动机的离地高度,方便维护检修,有利于提高飞机的周转率。这样一来,因为主翼处于机身较低的位置,不会对水平尾翼产生气动干扰,水平尾翼就可以直接安装在机身尾部,无需使用结构更为复杂的“T”型尾翼。

但是,如果客机没有采用翼吊发动机,而是尾吊发动机,也就是把发动机对称安装在机尾两侧,或者在垂尾根部再加装一台发动机,形成“三叉戟”布局。这样的话,机尾就没有空间布置水平尾翼了,也只能使用“T”型尾翼。


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在作用上没什么不同,安装位置是由飞机的整体设计而决定的,发动机安装在机身尾部的飞机,发动机占据了水平尾翼的位置。所以只好安装在垂尾的顶部了,另外军用运输机由于机身的离地间隙低,尾部设计有尾舱门以方便大型装备进出,所以也只好将水平尾翼安装在垂尾的顶部了。


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客机尾部两个水平的小翼面,是水平安定面和升降舵一体的,叫水平尾翼,可以简称平尾。



操纵升降舵改变飞机的俯仰角度。安定面起到稳定飞机水平姿态的作用。

由于翼面在飞机最后边,容易受到机身和机翼诱发的涡流、湍流影响,降低安定作用。一般都是比机身高一点的位置。二战时的活塞螺旋桨飞机,平尾一般在垂尾中部或下部,形成十字、倒T字形尾翼。





在飞机大迎角飞行时,机身湍流会影响尾翼,平尾会上移,设计成T字形尾翼。如F-104。

有一种发动机尾吊布局,发动机在机身尾部两侧,此时平尾一般都选择T形安装。



随着飞机速度提高,平尾较高的话,飞机会产生抬头力矩。告诉飞机的平尾逐渐下移,现在大部分都安装在飞机尾部的上端。同时比十字形尾翼方便制造。



客机由于机身质量较大,平尾的高低位置变化对飞机的影响较小。而且客机一般采用下单翼,平尾低一点不会受到发动机喷流的影响。

军用运输机一般采用上单翼,如果平尾较低,发动机尾喷热气流会影响平尾。所以平尾都较高。运20就采用TT字形尾翼。


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T型尾翼这种尾翼结构的好处给发动机腾位置。如果作为运输机设计,运输机的屁屁就可以开个口子,为装载货物提供最大的方便。不过T 型尾翼也有缺点,高置的水平尾翼对结构提出了更高的要求,总体结构重量肯定要比常规的高。还有就是T 尾爬升时飞行包线比常规的小,T 尾改失速很难甚至会变成深失速,十分危险,所以飞行包线较常规的就要小些。工程师已经在软件上设置了,飞行手册也会说明。


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主要是取决于发动机的位置。大型飞机由于平衡机翼载荷考虑,发动机往往在翼下,水平安定面可以在机身水平位置,便于安装安定面和升降舵控制机构。小飞机由于机身高度限制,发动机后置,水平安定面只能在垂尾顶部,相应的控制传动机构复杂些。


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