一般飞机的纵向配平都是重心在机翼焦点之前,平尾产生负升力,此时静稳定状态。但当飞机的重心位于机翼焦点之后,全机焦点之前时,平尾是产生正升力的(纵向配平),此时全机也是静稳定的。这样我的问题是后者的效率不是更高吗?但前者才是一般飞机的形式,对此表示困惑。请分析一下后者的情况,其应用,以及相关可以参考研究的的文献,或者佐证后者的信息。


先布置作业,把这位大佬关于俯仰稳定性的十篇文章看了,第一篇在下面,二到九在网站上自己找

Bjorn』s Corner: Pitch stability - Leeham News and Analysis


是可以的,但那就不再是常规布局,后面那个也不叫平尾。比如串列翼布局(鸭式布局、抬式布局随便叫什么名字,也只是细节差别,原理一致)。

串列翼布局是一前一后两个机翼,两个机翼都用来产生正升力,重心在两个机翼之间,两个机翼产生的升力像是「抬」著重力,以前叫的抬式布局基本也这个意思。鸭翼布局也是鸭翼和机翼都产生正升力,但鸭翼主要用来进行配平和产生俯仰控制力矩,因此鸭翼的个头是比较小的;而串列翼布局前翼面主要用来产生升力,因此尺寸上比鸭翼大得多,其尺寸和升力是可以与后翼接近的。

叫串列翼布局还是鸭翼布局其实不重要

那么串列翼布局如何稳定?答案很简单,让前翼的安装角大于后翼,咱现在分析下这样为什么能稳定。不失一般性地,假设前后翼翼型是一致的,另外在小攻角时咱近似认为升力是和攻角成正比的,咱也不考虑那些复杂的三维效应以及前后翼之间的干扰。现在想像一个飞机:他的重心在机身正中间,前翼和后翼与重心的距离相等,前翼面积只有后翼的一半,但是前翼安装角是后翼两倍。由于升力同机翼面积和攻角的乘积成正比,显然平飞时前后翼产生的升力是一样大的,所以总升力作用点在两翼之间中点处,即重心处。现在回顾下焦点定义,焦点是升力增量的作用点。由于后翼是前翼面积的二倍,当飞机攻角略有增加,那么后翼的升力增量也是前翼升力增量的二倍,两个升力增量合成的总升力增量应更靠近后翼,准确说前翼与焦点的距离应为后翼与焦点距离的二倍,所以焦点是在重心后面的,因此这个飞机是静稳定的。或者更直接的理解:当飞机受到扰动攻角增大时,后翼升力增量是前翼的二倍,所以后翼升力增量对重心的力矩是前翼升力增量对重心的力矩的二倍,飞机会自动低头恢复原来的攻角。

现在考虑题主的问题,如果一个常规布局的平尾产生正升力,其实就是前后翼一起「抬」重力,这时前面的分析依然成立:想保持静稳定,只要前翼安装角大于后翼即可,只不过后翼比前翼小太多,重心会非常靠近前翼。

因为常规布局的前翼(机翼)比后翼(平尾)大太多,产生升力主要靠前翼,而前翼安装角很小,这时候后翼安装角就不可能比前翼安装角小多少,因为你还要保证后翼安装角大于0。安装角拉不开差距,为了保证足够稳定性,你必须把后翼做大,然后串列翼诞生。。。

看到这里,你懂了吧,常规布局和所谓的串列翼布局、抬式布局、鸭式布局并没有本质区别,无非就是前翼和后翼的尺寸、名字叫的不同。常规布局静稳定也是因为前翼的安装角大于后翼,只不过后翼的安装角是负的。

所以如果你愿意,完全可以把常规布局平尾做成产生正升力,然后把机翼叫前翼,把平尾叫机翼。或者你直接把串列翼布局后翼叫平尾。

顺便说句,鸭翼并非一定是静不稳定的。


谢邀,时间有限,先说一下我的观点吧,这么布置是可以的。但是需要注意几个问题:

1 这样做需要比较大的尾容量,总体设计上就需要核算是否增加太多的结构和阻力代价,导致得不偿失。

2 尾翼损坏后可能导致配平和稳定性的问题也会更严重。

后续想到了再补充,欢迎讨论。


《飞机的性能、稳定性、动力学与控制》(第二版) 航空工业出版社


采用这种气动布局的飞机我了解的是地效飞行器,A90小鹰级比较典型,平尾面积尾容量巨大,气动中心随离地高度和前置垫升发动机功率变化的比较明显,我觉得只有这种本身就具有复杂的动态气动特性的飞机才有研究平尾提供正升力的意义。


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