戰機垂尾外傾和內傾有什麼區別?

魑魅涅磐


垂直尾翼的作用主要是控制戰鬥機的偏航,以及保持其航向的穩定!而垂直尾翼相對於機翼的安置狀態主要有:與機翼的夾角等於90°,也就是常說的垂直尾翼;與機翼的夾角小於90°,也就是常說的外傾垂尾;與機翼的夾角大於90°,也就是常說的內傾垂尾。至於垂尾是垂直,還是內傾,亦或是外傾,主要與戰機的整體設計有關!

垂尾外傾的戰鬥機主要有四代機:F22,F35,殲20,蘇57以及特列F117和YF23以及F18。

四代機極為注重隱身性,無尾是對隱身最有利的。但是戰鬥機又極為注重機動性,無尾的機型機動性極為差勁。四代機除了注重隱身性之外,還有機動性,這麼一來四代機就必須要使用垂尾了。而外傾的垂尾與機翼或者平尾呈銳夾角,當雷達波從側面照射到外傾的垂危時可以將雷達波反射到其他地方去。


另外,外傾的雙垂尾也有利於戰鬥機在大迎角時機動性的發揮。當戰鬥機在大迎角狀態下,機身會遮擋大部分的垂尾,這樣一來,就不利於大迎角航向安定性。而外傾的面積較大的垂尾就不會被機身完全擋住,可以保證戰鬥機大迎角航向安定性。另外,戰鬥機的航向靜穩定性也會隨著垂尾外傾角度的增大而減弱。

垂尾內傾的飛機主要有SR-71,以及其改進型號。

雙垂尾內傾的主要應用於偵察機,轟炸機。因為這兩種機型對機動性沒有要求,但是對隱身性能要求極高。內傾的雙垂尾更有利於隱身,但無法保證飛機在大迎角飛行時的穩定性,很簡單,因為被機身遮擋了。在正常飛行時,地面雷達也很難探測到內傾的雙垂尾,即便是探測到了,也可以將雷達波反射到其他方向上,從而實現了降低雷達波反射的目的。



垂尾垂直的戰鬥機就多了:蘇27,蘇30,蘇35,F15,米格29,米格31,米格35等等。

垂直尾翼對戰鬥機的隱身性和大迎角飛行時的穩定性沒什麼貢獻,反而不利於隱身。蘇27系列為了保證大迎角飛行時的穩定性還特意在發動機下面安了一對腹鰭,而F15沒有腹鰭是靠翼滾開保證大迎角飛行時的穩定性的,翼滾也就是渦流強度不穩定時造成的大迎角不可控滾轉。(圖片來自網絡)


江山何沉


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。

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。

外傾雙垂尾偏折雷達波示意圖(以FC-31為例)

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?

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

一些模型、概念上也有內傾雙垂尾設計


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尾設計了。


紙上的宣仔


這都三個人邀請了,不答不行了,但這真是一個引戰的問題啊!

我們先看看有哪些戰機是內傾雙垂尾的。

SR-71算是一個;

F-117的原型機“擁藍”算是一個;

波蘭的PZL-230F蠍式戰鬥機算是一個

《獨立日2》電影中的幻日戰機也算是一個吧;

軍迷當年假想的殲-20也算上一個吧,別的也就真的不多了,可以說是屈指可數。

首先說存在的兩架戰機SR-71和擁藍,內傾斜垂尾的設計是為了減小側向雷達信號,算是一個不得已的設計。

對於主要在平流層飛行的SR-71來說,垂尾怎麼設計都OK的,內傾斜不會帶來太大的影響。

而對於需要執行空戰任務和執行對地攻擊任務的F-117來說,從“擁藍”到“夜鷹”的改變最大的就是這個垂尾了——又改回外傾了。

理由很簡單,內傾垂尾的效率要低於外傾斜或者垂直的垂尾,即便是隱身為第一要素的隱形戰鬥機也將之割捨掉了。

一架飛機在飛行的過程中,任何氣動控制面最佳的工作環境就是在不受到機身氣流擾動的空氣中進行工作,由於內傾斜的垂尾會受到機身氣流的擾動因此效率很差。很難對飛機進行有效控制。


這種“差”對於SR-71這樣的大部分時間平飛的飛機而言並沒有太大的影響,而對於需要不斷的俯仰轉彎作出機動的戰機來說則是至關重要的。


因此目前性能優異的戰鬥機沒有用內傾雙垂尾的設計的。

而對於F-15或者米格-25這類騎牆黨來說,垂直於機身的垂尾其實也不多見。實際上垂尾的設計原則是——遠離機身。

從剛剛F-22的圖片來看,垂尾躲機身還躲不開呢,就別再上前湊了。

所以說大多數的高性能戰機如果不弄個碩大無比的垂尾,那麼就會設計一個稍微外傾一些的小垂尾了。


軍武數據庫


戰機垂直尾翼外傾比較多,所有的第五代戰鬥機都是外傾的,外加第四代戰鬥機中的F/A-18大黃蜂兄弟。但是外傾的戰機幾乎沒有,到現在為止,只有美國已退役的戰略偵察機SR-71黑鳥,以及F-117夜鷹的技術驗證機“海弗蘭”。

SR-71黑鳥戰略偵察機F-117的技術驗證機“海弗蘭”

對於戰機來說,垂尾不管是外傾還是內傾,主要目的都是為了提升隱身性能,減少側面雷達反射面積。相比較下,垂尾內傾隱身性能更好,因為內傾的是將雷達反射導向天空,而垂尾外傾會導致垂尾與機翼之間形成銳角的雷達波折射區,容易放大雷達反射信號。F-22垂尾前移,佈置在主翼和尾翼中間,一定程度上也是為了減少垂尾與平尾形成銳角雷達折射區

但之所垂尾內傾鮮有人使用,最主要原因這種佈局在大仰角飛行時就屬於找死行為,在飛機以較大仰角爬升時,原本垂到垂尾的氣流會被機身擋的嚴嚴實實的,垂尾作用微乎其微,飛機極容易陷入危險。而垂尾外傾情況下,從機身側面過來的氣流還可以作用在垂尾上,從而提高大仰角狀態下飛行穩定性。

殲-20在大仰角爬升,如果是垂尾內傾的話,機翼和機身會完全擋住垂尾的氣流

這也是為什麼只有SR-71黑鳥選擇這種佈局,因為這種戰略偵察機壓根不會去考慮什麼什麼大仰角性能。而對飛行要求較高的戰鬥機等來說,絕對不考慮這種佈局。


五嶽掩赤城


孔老師孔乙己亂彈

ⅤertⅰcaⅠ.taⅰⅰI〔垂直尾翼〕

簡稱“垂尾”、或“垂直安定面”是常規佈局飛機的重要組成部分……

是由固定垂直尾翼和方向舵兩部分組合一起(也有全動式垂尾),其作用:是保持飛機航向平衡、穩定、轉彎和操控系統、有單垂尾、雙垂尾、多面垂尾、外傾雙垂尾、內傾雙垂尾佈局……

(4垂尾佈局、是多發飛機為提高垂尾效率的氣動佈局)

(單垂尾高速戰鬥機為保證足夠航向穩定性垂尾面積高大、而且還沒計有腹鰭)

3代機多釆用雙垂尾佈局模式、雙垂尾佈局縮小了單垂尾面積、垂尾穩定性效率更高、在艦載機應用上可降低垂尾高度有利上艦。

(美國SR-71“黑鳥”高空高速偵查機有意識釆用內傾雙垂尾設計、以避免強化雷達反射的直角內角、有利於隱身需要、但是、不利於穩定性……)

(4代機大多采用外傾雙垂尾佈局)

(F-35外傾雙垂尾)

(FC-31驗證機外傾雙垂尾佈局)

外傾雙垂尾佈局穩定性好、優於內傾雙垂尾、但是、隱身效果差一些、大都採用隱身效果好的複合材料製作……

外傾雙垂和內傾雙垂尾在飛機氣動佈局設計上各有千秋。


4554加油



早在20世紀40年代,工程師們就意識到垂直尾翼,會產生強烈的雷達回波。通過將垂尾傾斜,飛機的雷達截面可以大大減小。



洛克希德公司的凱利·約翰遜在SR-71的設計中加入了內傾垂尾,因為中情局最初的要求是飛機在當時技術有限的情況下儘可能難以探測。 諾斯羅普和麥克唐納·道格拉斯公司在YF-17、F-18和F-18E/F出於相似的原因。儘管這些飛機無論如何都不是真正的隱形飛機,但簡單地將尾部傾斜遠離垂直方向,可以將雷達截面降低到與小型飛機相同的水平。

F-18系列的傾斜垂尾也提供了一些空氣動力學方面的好處。沿著前機身的側面有兩條長邊條,這些表面產生強烈的旋渦,使飛機能夠在很高的速度下迎角飛行。例如,F-18可以在不失速的情況下達到高達50°的迎角。當這些渦流遠離飛機時,它們通過兩個垂直尾翼產生高速氣流,使它們更有效地提供偏航控制。



此外,由於作用在傾斜尾翼上的空氣動力被分解成垂直(俯仰)和水平(偏航)分量,尾翼產生一些俯仰控制。垂直分量在起飛時使用最有效。通過向內轉動兩個方向舵,傾斜的垂直尾翼產生足夠的下壓力,幫助抬起飛機的機頭,讓它以較低的速度起飛。 由於傾斜垂尾對隱身特性有非常重要的影響,所以今天的大多數隱身飛機都使用傾斜垂尾就不足為奇了,除了B-2。


軍機處留級大學士


各有千秋,取捨不同

就穩定性效率來講,90°的垂直尾翼效率最高,而不管內傾或者外傾的雙垂尾,在動作時都會產生一個向下或者向上的力,這其實影響了效率。如果外傾角度太大,甚至可以當作水平尾翼來用,比如YF23,那簡直就是多功能尾翼。不過穩定性也差了。同理,對飛機重量要求嚴苛的飛機,都採用了垂直雙垂尾,比如蘇27和F15,都曾陷入減重的困擾。

在最開始時,設計者優先想到的是內傾雙垂尾,四代機設計裡普遍採取了邊條以產生渦流,渦流同時造成了機翼後半部分的中間高壓區,和兩側低壓區,如果採用內傾雙垂尾正好可以約束高壓區,避免向低壓區擴散,進一步增強渦流增升效果,內傾雙垂尾還可以利用雙垂尾內外的壓力差,產生一部分升力。但是內傾雙垂尾尖會產生氣流,兩股氣流互相影響,會增加阻力降低垂尾效率,還會影響垂尾的強度,進一步增加重量。特別是四代機設計理念中,後機身減橫截面積是很重要的減阻手段,這和設計理念相違背。如果把垂尾安裝位置向機翼翼尖調整,又會增加位置強度。這一套下來得不償失,所以採用內傾雙垂尾的寥寥無幾。

對於外傾雙垂尾其實更有的說,既然沒問,我也懶得寫了。我的知識是從網絡文章上讀來的,文筆能量有限,歡迎大家斧正。




筆不意馳


ⅤertⅰcaⅠ.taⅰⅰI〔垂直尾翼〕

簡稱“垂尾”、或“垂直安定面”是常規佈局飛機的重要組成部分……
是由固定垂直尾翼和方向舵兩部分組合一起(也有全動式垂尾),其作用:是保持飛機航向平衡、穩定、轉彎和操控系統、有單垂尾、雙垂尾、多面垂尾、外傾雙垂尾、內傾雙垂尾佈局……

(4垂尾佈局、是多發飛機為提高垂尾效率的氣動佈局)

(單垂尾高速戰鬥機為保證足夠航向穩定性垂尾面積高大、而且還沒計有腹鰭)
3代機多釆用雙垂尾佈局模式、雙垂尾佈局縮小了單垂尾面積、垂尾穩定性效率更高、在艦載機應用上可降低垂尾高度有利上艦。


(美國
SR-71“黑鳥”高空高速偵查機有意識釆用內傾雙垂尾設計、以避免強化雷達反射的直角內角、有利於隱身需要、但是、不利於穩定性……)
(4代機大多采用外傾雙垂尾佈局)
(F-35外傾雙垂尾)
(FC-31


驗證機外傾雙垂尾佈局)

外傾雙垂尾佈局穩定性好、優於內傾雙垂尾、但是、隱身效果差一些、大都採用隱身效果好的複合材料製作……

外傾雙垂和內傾雙垂尾在飛機氣動佈局設計上各有千秋、各有利弊……


孔乙己亂彈


內傾垂尾有利於飛機的隱身性能,但是機動性能下降,飛機大攻角飛行時機身會遮擋垂尾,增加了飛機的不穩定性,而外傾垂尾有諸多好處,它除了用於轉彎外,在起飛時同時內翻,可以使飛機更快起飛,降落接地後外翻可以產生升力,使機頭下壓,增加剎車效率。


晚離秋


根據空氣動力學判斷,垂直尾翼擺動是飛機通過左右擺動機尾水平微調整方向。


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