飛機尾翼的奧秘

飛機的機翼是必不可少的組成部件，它負責給飛機提供升力讓飛機能夠在天空翱翔，沒了機翼的飛機就不叫飛機了。

相比之下，位於機尾的尾翼，雖然飛機飛翔並不靠它實現，但沒了尾翼的飛機依舊無法自由翱翔。因此尾翼和機翼在功能上同等重要。那麼今天的內容，就和大家一起聊聊飛機尾翼的組成和功能。

空客A330-900neo尾翼

飛機的尾翼由水平尾翼（平尾）和垂直尾翼（垂尾）兩部分組成。

先來說說水平尾翼。平尾由水平安定面和升降舵兩部分組成，其中前面面積較大的翼面叫做水平安定面，後面面積稍小的翼面叫做升降舵（如下圖）。它倆的主要功能是控制飛機的俯仰角度，確保飛機處於最佳飛行姿態。

水平安定面和升降舵

正確的載重平衡對飛行安全至關重要，不正確的配平會影響駕駛杆的杆力，嚴重時會造成飛機起飛擦尾、抬輪時間過早過晚、爬升率降低甚至是失速墜毀。

另外，絕大多數飛機的升降舵翼面的後緣，還有一片鉸接的小翼面，也可上下偏轉，這個我們把它稱之為「配平片」。由於飛機在飛行時會因為速度的變化、人員的走動、顛簸、燃油消耗等因素致使受力情況發生改變，導致飛行姿態改變。此時飛機的控制系統會根據實時動態自動調整配平片角度，修正飛行姿態。這樣，飛行員就不必通過不停地推桿拉杆操作升降舵來修正飛機。同時，配平片了補償了因外界擾動產生的舵壓而對操作杆反饋的杆力，有效減輕了飛行員的工作負荷。

水平尾翼結構圖

絕大多數民航客機的水平尾翼都位於垂直尾翼下方，但也有一些機型的平尾位於垂尾的上方，這種尾翼布局被稱之為「T型尾翼」。

T型尾翼大多應用在大型軍用運輸機和尾吊式發動機布局（即發動機在尾部）的民航客機上。比如國產支線客機ARJ21以及國產大型運輸機運-20都採用的是T型尾翼布局。

國產大型運輸機運-20

國產支線客機ARJ21由於採用尾吊式發動機布局，為了給發動機提供安裝空間，採用了T型尾翼布局

T型尾翼的優點是能使平尾減少受到自身氣流的影響，提高操作性，而且這種尾翼布局可使機後有較大的開口，方便裝卸貨物。缺點是T型尾翼的重量全部靠垂尾來支撐，還有些戰鬥機把平尾設計在了機翼的前面，比如國產戰鬥機殲-10和殲-20，這種布局我們稱之為「鴨式布局」，這時的水平尾翼就叫做「前翼」或者「鴨翼」。 使用這種布局的優點是可以用較小的機翼面積獲得較大的全機升力，有利於減輕飛機的結構重量，提高失速攻角。缺點是較容易造成不穩定。

國產殲-20戰鬥機採用了「鴨翼」布局意圖

有些大型運輸機為了增加橫向穩定性，還會在水平尾翼兩側增加輔助垂直安定面。比如上世紀70年代，美國航空航天局（NASA）將兩架波音747改裝成了太空梭的運載母機，最初用於太空梭的滑翔試驗，後來專門用於將太空梭在佛羅裡達的甘迺迪航天中心和加利福尼亞的愛德華空軍基地之間運送。運輸時，太空梭被固定在了波音747的「背」上，由於「背負」太空梭飛行的過程中，機背上的太空梭會嚴重影響747垂直尾翼的效率。因此在改裝747時，工程師們給平尾兩側末端加裝了兩塊輔助垂直安定面，以確保充足的航向穩定性。此外，飛機的結構也相應地進行了加強。

「背負」著「奮進號」太空梭飛行的波音747運輸機，水平尾翼兩側有兩片小的輔助垂直安定面，用於提供充足的橫向穩定性。

空客大白鯨運輸機的機尾上也安裝有輔助垂直安定面

現代民航客機大多採用單垂尾設計，即飛機只有一片垂尾，位於機尾中央。不過，一些大型運輸機以及早期的一些民機採用的是雙垂尾（兩片垂直尾翼位於平尾兩端）甚至三垂尾布局。比如全球最大飛機安-225運輸機、著名的洛克希德「星座」系列客機、還有部分戰鬥機等。

由前蘇聯安東諾夫設計局研製的安-225運輸機，最大起飛重量可達到驚人的640噸！巨大的雙垂尾布局可保證飛機在駝載重型貨物時有足夠的穩定性。

不過，後來飛機進入了噴氣時代，多垂尾的設計就不流行了。因為多垂尾會使飛機在亞音速狀態下的氣動特性變得複雜，增加飛行阻力。而且雙垂尾一般安裝在水平尾翼的兩端，這樣勢必得增加平尾的結構強度，同時多垂尾傳動系統也較單垂尾來得複雜，因此多垂尾的設計會大幅增加飛機自身重量。現代飛機講究的是效率和經濟性，因而除了像安-225這樣的需要巨大氣動負荷的巨形運輸機以及部分需要高機動性能的戰鬥機之外，民用客機已經很少採用雙垂尾或多垂尾布局的設計了。