飛機的尾翼通常由水平尾翼和垂直尾翼組成。按水平尾翼的有無和前後位置,飛機被分為正常式飛機(水平尾翼在機翼之後)、鴨式飛機(沒有水平尾翼,機翼前有一對小翼)和無尾飛機,其中鴨式飛機機翼前面那對小翼,也被稱為鴨翼或前翼。
鴨式飛機(圖源:《知識就是力量》雜誌)
現代飛機
氣動布局的鼻祖
1903年,萊特兄弟研製並在美國北卡羅來納州試飛成功世界上第一架有動力的飛機。這架飛機被稱為“飛行者1號”,它自帶一台8.8千瓦的內燃機和一副滑橇,擁有前小後大兩副機翼,是一架名副其實的雙翼飛機。
萊特兄弟研製的飛行者1號(圖源:《知識就是力量》雜誌)
這架雙翼飛機採用了升降舵在前、方向舵在後的布局方式,這種布局方式與現代戰鬥機經常採用的機翼前面裝鴨翼的布局方式一樣,都屬於鴨式布局。由於飛行者1號是世界上誕生的第一架真正意義上的飛機,因此有鴨式布局是現代飛機氣動布局鼻祖的說法,採用鴨式布局的飛機也被稱為鴨式飛機。
鴨式飛機:
尾翼是裝在飛機尾部,起平衡、穩定作用,是用於操縱飛機以保持和改變飛行姿態的部件。大多數飛機的尾翼由垂直尾翼和水平尾翼(簡稱“平尾”)組成,目前也有少數超音速戰鬥機使用兼具水平尾翼和垂直尾翼雙重功能的V型尾翼。
殲-10戰鬥機的尾翼沒有水平尾翼,只有垂直尾翼(圖源:《知識就是力量》雜誌)
正常式飛機的水平尾翼通常在機翼後,鴨式飛機沒有水平尾翼,而是在機翼前面增加了一對小翼面,即鴨翼,這是鴨式飛機一個明顯特點。
何為水平尾翼
水平尾翼是幫助飛機維持縱向平衡、穩定和操縱的翼面。其前半部分通常是固定的,稱為水平安定面;後半部分可以上下偏轉,稱為升降舵,一般升降舵的後緣還會裝有調整片。
對於很多大型飛機來說,為了保持飛行中的穩定性,往往會將其水平尾翼的水平安定面設計成可變安裝角,這種類型的水平尾翼也被稱為可調水平尾翼。在超聲速飛機上,水平尾翼整體都可以通過操縱來實現偏轉的被稱為全動平尾。
鴨翼:平衡力矩 增大升力
一般情況下,飛機迎角(又稱攻角,是翼型或機翼在縱向對稱平面的翼弦或者高速飛行器機體縱軸與前方自由來流方向的夾角)增大時會產生低頭力矩(力矩是用來描述力對物體產生轉動效應的物理量),需要由水平尾翼產生的負升力的力矩來平衡。在鴨式飛機上,平衡力矩則是由鴨翼的附加正升力構成的。
在大迎角時,水平尾翼會減小全機升力,鴨翼則能增大全機的升力,例如,採用小展弦比、大後掠角三角翼和鴨翼的超音速飛機,其在大迎角飛行時,三角翼和鴨翼都會產生翼尖渦流,鴨翼的翼尖渦流經過三角翼的上表面,可以改善後者的空氣動力性能。利用二者之間產生的這種有益的氣流干擾,可以大大提高飛機在大迎角下的升力係數,進而節省發動機推力。