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自波音707出現,民航界再無多垂尾飛機

通常情況下,多數飛機都只有一個垂直尾翼(單垂尾)。它位於飛機的對稱面內。在一些多發動機的螺旋槳飛機上,為了提高垂尾效率,故意將垂尾放在螺旋槳後的高速氣流中。為此將垂直尾翼分為兩個(雙垂尾)或兩個以上(多垂尾)翼面。

在雙垂尾型式中,常將兩個垂尾布置在平尾兩端,以提高平尾的效率。在超音速飛機上,由於機身比較粗大,為了保證飛機在高空高速飛行時仍有足夠的航向穩定性,需要有很大的垂尾面積。如果採用雙垂尾型式,可以降低垂尾高度,減小垂尾在側滑時產生的滾轉力矩。同時也可提高大迎角時的航向穩定性。

多垂尾呢,就是在單片垂尾面積有限的情況下可以提供更大的方向舵面積和安定面面積,也因此可以有較低高度的垂尾,限制了機身高度,便於維護。至於結構冗餘,屬於附屬的好處了。所以在過去民航機速度較低的時代,確實出現過多垂尾的客機的~

比如有名的Lockheed Constellation,三垂尾

以及曾經改造過客機型的An-22,雙垂尾

然而進入噴氣時代,這個設計就不流行了。因為傳統的亞音速客機都是較窄的圓柱截面機身,故此無法像戰鬥機一樣在機身上布置雙垂尾。因此要採取雙垂尾,就必須使用H型尾翼設計。也就是說,垂尾安裝在平尾的翼尖處。對於低速飛機來說還好,對於高亞音速的現代客機來說,因為平尾都有一定後掠角而不是平直式,如果在平尾翼尖上加了這麼一大坨東西,結構設計立刻會變得麻煩,尤其是機翼洗流的擾動可能因為垂尾而影響到平尾,從而鬧出一些不可預見的問題。

同時,現代的客機水平安定面並不是裝死在機身上的,而是可以對安裝角進行細微的調整,以便針對不同的貨物安放位置以及速度進行配平——如果採取雙垂尾設計的話,原本只需要帶動水平安定面的機械結構如今還要帶動垂直尾翼,結果只能做得更加笨重——你看既然雙垂尾有這麼多不便之處,今日還有什麼理由採用它呢?

從技術角度說了這麼多,其實根本沒觸及到最根本的原因:

在今日幹線客機的設計構型已經確定成熟的情況下,飛機製造商根本沒有熱情去開發新的客機構型,也承擔不起新構型的開發風險。

比如An-225就是雙垂尾啊,他還是超巨無霸機啊

膽大的美國人也有三垂尾版的747太空梭

然而就像世人阻止不了那些激動的工程師們搞出這樣的怪物,那些激動的工程師們也沒法說服躲在橡木辦公桌後的系統工程師或資本家們在下一個幹線客機項目里採取這樣的設計。確切的說是,這幾十年來都已經沒有人敢採取越界的設計了。

自波音707以來,無論東西方陣營,民航幹線客機的設計風格就幾乎沒有變過:常規布局、傳統的尾翼設計、後掠翼+翼吊發動機。

比起軍用機,尤其是戰鬥機千變萬化的設計來說,民航機的設計要單調和保守得多。這是自然的。因為軍用機的任務是不惜一切代價完成各種錯綜複雜的戰鬥任務。而幹線客機的任務只有一個——用最低的成本和最高的可靠性把乘客或貨物送到目的地。

最低成本,最高可靠性,在這個幹線客機傳統設計已經非常成熟的時代里,幾乎任何與傳統不同的更改都與這兩者不相容。

作為高度複雜的系統,在飛機上採用任何全新的設計都意味著巨量的研發開支和周期。有些外人看起來並沒有什麼的小改動,有可能意味著非常大的工作量。同時,民航業發展到今日,行業標準已經非常嚴苛。

既然如此,製造商們如何證明自己打算在飛機上使用的新技術足夠可靠,能通過適航認證呢?顯然,這又意味著巨額的研發開支和可能失控的研發周期。倘若新技術的引入能對用戶帶來巨大的好處(對製造商來說就意味機型更受歡迎)也就罷了,如果帶來的好處寥寥,誰願意去冒這個險呢?

這是一個有溫度的公眾號


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