一般飛機的縱向配平都是重心在機翼焦點之前,平尾產生負升力,此時靜穩定狀態。但當飛機的重心位於機翼焦點之後,全機焦點之前時,平尾是產生正升力的(縱向配平),此時全機也是靜穩定的。這樣我的問題是後者的效率不是更高嗎?但前者纔是一般飛機的形式,對此表示困惑。請分析一下後者的情況,其應用,以及相關可以參考研究的的文獻,或者佐證後者的信息。


先佈置作業,把這位大佬關於俯仰穩定性的十篇文章看了,第一篇在下面,二到九在網站上自己找

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


是可以的,但那就不再是常規佈局,後面那個也不叫平尾。比如串列翼佈局(鴨式佈局、抬式佈局隨便叫什麼名字,也只是細節差別,原理一致)。

串列翼佈局是一前一後兩個機翼,兩個機翼都用來產生正升力,重心在兩個機翼之間,兩個機翼產生的升力像是「抬」著重力,以前叫的抬式佈局基本也這個意思。鴨翼佈局也是鴨翼和機翼都產生正升力,但鴨翼主要用來進行配平和產生俯仰控制力矩,因此鴨翼的個頭是比較小的;而串列翼佈局前翼面主要用來產生升力,因此尺寸上比鴨翼大得多,其尺寸和升力是可以與後翼接近的。

叫串列翼佈局還是鴨翼佈局其實不重要

那麼串列翼佈局如何穩定?答案很簡單,讓前翼的安裝角大於後翼,咱現在分析下這樣為什麼能穩定。不失一般性地,假設前後翼翼型是一致的,另外在小攻角時咱近似認為升力是和攻角成正比的,咱也不考慮那些複雜的三維效應以及前後翼之間的幹擾。現在想像一個飛機:他的重心在機身正中間,前翼和後翼與重心的距離相等,前翼面積只有後翼的一半,但是前翼安裝角是後翼兩倍。由於升力同機翼面積和攻角的乘積成正比,顯然平飛時前後翼產生的升力是一樣大的,所以總升力作用點在兩翼之間中點處,即重心處。現在回顧下焦點定義,焦點是升力增量的作用點。由於後翼是前翼面積的二倍,當飛機攻角略有增加,那麼後翼的升力增量也是前翼升力增量的二倍,兩個升力增量合成的總升力增量應更靠近後翼,準確說前翼與焦點的距離應為後翼與焦點距離的二倍,所以焦點是在重心後面的,因此這個飛機是靜穩定的。或者更直接的理解:當飛機受到擾動攻角增大時,後翼升力增量是前翼的二倍,所以後翼升力增量對重心的力矩是前翼升力增量對重心的力矩的二倍,飛機會自動低頭恢復原來的攻角。

現在考慮題主的問題,如果一個常規佈局的平尾產生正升力,其實就是前後翼一起「抬」重力,這時前面的分析依然成立:想保持靜穩定,只要前翼安裝角大於後翼即可,只不過後翼比前翼小太多,重心會非常靠近前翼。

因為常規佈局的前翼(機翼)比後翼(平尾)大太多,產生升力主要靠前翼,而前翼安裝角很小,這時候後翼安裝角就不可能比前翼安裝角小多少,因為你還要保證後翼安裝角大於0。安裝角拉不開差距,為了保證足夠穩定性,你必須把後翼做大,然後串列翼誕生。。。

看到這裡,你懂了吧,常規佈局和所謂的串列翼佈局、抬式佈局、鴨式佈局並沒有本質區別,無非就是前翼和後翼的尺寸、名字叫的不同。常規佈局靜穩定也是因為前翼的安裝角大於後翼,只不過後翼的安裝角是負的。

所以如果你願意,完全可以把常規佈局平尾做成產生正升力,然後把機翼叫前翼,把平尾叫機翼。或者你直接把串列翼佈局後翼叫平尾。

順便說句,鴨翼並非一定是靜不穩定的。


謝邀,時間有限,先說一下我的觀點吧,這麼佈置是可以的。但是需要注意幾個問題:

1 這樣做需要比較大的尾容量,總體設計上就需要覈算是否增加太多的結構和阻力代價,導致得不償失。

2 尾翼損壞後可能導致配平和穩定性的問題也會更嚴重。

後續想到了再補充,歡迎討論。


《飛機的性能、穩定性、動力學與控制》(第二版) 航空工業出版社


採用這種氣動佈局的飛機我瞭解的是地效飛行器,A90小鷹級比較典型,平尾面積尾容量巨大,氣動中心隨離地高度和前置墊升發動機功率變化的比較明顯,我覺得只有這種本身就具有複雜的動態氣動特性的飛機纔有研究平尾提供正升力的意義。


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