戰鬥機垂尾內傾和外傾有什麼區別?為何五代機都使用外傾垂尾?

首先普及一下垂尾這個東西的作用:垂尾是用來增加航向穩定性的。在非隱身機時代,戰鬥機一般都用單垂尾,或者垂直的雙垂尾。但這種設計不利於側向隱身,容易和筒狀機身和平尾構成90度的角反射器結構。所以到了雷達隱身時代,戰鬥機、轟炸機就必須捨棄原有的90度垂尾設計。

戰鬥機垂尾內傾和外傾有什麼區別?為何五代機都使用外傾垂尾?

▲雙垂尾和外傾雙垂尾在側向雷達後向散射的區別,側面打過來的雷達波在三代機身上有一部分會原路返回,相當於角反射器

外傾雙垂尾和內傾雙垂尾都可以在很大程度上減少側向的雷達散射截面機。對於地面雷達,外傾雙垂尾將雷達波向地面偏折(但不會原路返回),一部分經過平尾反射向天上偏折,而內傾雙垂尾則是向天上偏折。從隱身效果上,內傾雙垂尾反而更好一些,因為雷達波反射到天上就徹底杜絕了被探測到的可能。

戰鬥機垂尾內傾和外傾有什麼區別?為何五代機都使用外傾垂尾?

▲外傾雙垂尾偏折雷達波示意圖(以FC-31為例)

戰鬥機垂尾內傾和外傾有什麼區別?為何五代機都使用外傾垂尾?

▲內傾雙垂尾偏折雷達波示意圖(以SR-71為例)

但是如果稍加留意,就可以注意到,其實現實中服役的飛機很少有使用內傾雙垂尾的。目前已經服役的飛機裡使用了內傾雙垂尾的只有SR-71;B-2轟炸機在設計階段曾經有一對內傾雙垂尾,但是後來取消掉了。除此之外,只有一些概念設計尤其是無人機的模型上,還能看到內傾雙垂尾。而各國的五代機設計則無一例外全部選擇了外傾雙垂尾,可見這一方案佔到壓倒性優勢。那這又是為啥呢?

戰鬥機垂尾內傾和外傾有什麼區別?為何五代機都使用外傾垂尾?

▲B-2的高級珍珠驗證機模型,使用一對內傾雙垂尾,後來取消掉了

戰鬥機垂尾內傾和外傾有什麼區別?為何五代機都使用外傾垂尾?
戰鬥機垂尾內傾和外傾有什麼區別?為何五代機都使用外傾垂尾?

▲一些模型、概念上也有內傾雙垂尾設計

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▲各國五代戰鬥機都是外傾雙垂尾設計

主要就是因為內傾雙垂尾對飛機的尺寸是有要求的。垂尾為了保證航向穩定性,需要做的比較大,而如果採用內傾設計,間距就不能太窄,否則會相互干涉,或者空氣流場會有耦合。這也是為什麼B-2和SR-71可以採用內傾雙垂尾,而戰鬥機無一採用這種方案的最大原因,因為SR-71和B-2的尺寸足夠大。實際上,內傾雙垂尾的設計可以正升力,對飛機反而是更有益的。但是內傾雙垂尾有一個致命問題,就是大迎角下,內傾雙垂尾大部分都會被機身給遮住,會損失相當一部分來流,造成航向穩定性下降,這是一個致命問題。對於轟炸機、大型偵察機來講,在天上飛的時候都是四平八穩的,不需要考慮大迎角狀態,但是戰鬥機尤其強調大迎角機動性,這個問題就不能忍了。而外傾雙垂尾由於是往外傾斜,在大迎角狀態下依然有足夠的來流來保持航向穩定性。所以也就不難理解為啥五代戰機紛紛選擇外傾雙垂。


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