汽車尾翼

目前安裝尾翼已經成為年輕車主彰顯時尚個性的一種方式,安裝大氣美觀的尾翼可以提高車輛的行駛穩定性,然而貌似簡單的尾翼安裝也有一定的學問。在我國的一些地方常常將“汽車尾翼”稱為“汽車導流板”,其實這種叫法是錯誤的。“汽車導流板”在轎車上確有其物,只不過是指轎車前部保險槓下方的拋物型風罩,而“汽車尾翼”則是安裝在轎車後箱蓋上的。國外一些人根據它的形狀形象地稱它為“雪橇板”,國內也有人稱它為“鴨尾”。比較科學的叫法應為“汽車擾流器”或“汽車擾流翼”。
飛機尾翼簡介
尾翼是安裝在飛機後部的起穩定和操縱作用的裝置。尾翼一般分為垂直尾翼和水平尾翼。尾翼的外形和構造與機翼相似,但尺寸較小。大多數飛機的尾翼由水平尾翼和垂直尾翼組成(圖1)。少數飛機採用V形尾翼,它兼有水平尾翼和垂直尾翼的作用。
分類
水平尾翼


飛機在飛行中需要經常改變飛行狀態,如爬升、平飛、下滑等。對於穩定的飛機,要改變飛行狀態就需要克服穩定力矩。例如要增大飛機迎角,就需要有一個克服穩定力矩的抬頭力矩。駕駛員操縱升降舵上偏,平尾即產生一個抬頭力矩,使飛機在增大的迎角下得到平衡,這就是平尾的縱向操縱作用(圖2c)。
平尾按相對於機翼的上下位置不同,大致分為高平尾、中平尾和低平尾三種型式(圖3)。平尾處於飛機尾部,氣流在流經平尾以前先受到機身、機翼和發動機短艙等的影響,速度減小,方向也有變化。此外,螺鏇槳滑流或發動機的噴流也會改變平尾的升力。它們對平尾的穩定和操縱效能都有較大影響。由於影響平尾工作的各種因素隨迎角和速度而變化,要想選擇一個合適的平尾位置,保證在所有飛行狀態下都有較高的平尾效能,是一件很困難的事情,經常要經過大量風洞實驗才能最後選定。

在英國“三叉戟”旅客機上,平尾在垂直尾翼的頂端。從飛機正面看,平尾與垂尾構成T字形,故取名T形尾翼(圖3a)。這種飛機發動機短艙位於機身尾部兩側,機翼位置靠後,只有將平尾移至垂尾頂端才能躲開機翼、發動機短艙和噴流的影響。由於垂尾是後掠的,故又能使平尾儘量遠離機翼,提高平尾的效能。在很多超音速殲擊機上,由於機身尾部長度較短,平尾非常靠近機翼,如將平尾放在較低的位置上(機翼翼弦平面以下)(圖3b),在大迎角時就能避開機翼、機身,減小它們對平尾的不利影響。
亞音速時,偏轉升降舵還會影響前面水平安定面上的升力,操縱效率較高。超音速時,升降舵的偏轉對前面的安定面沒有影響,舵面操縱效率大為下降。因此,在超音速飛機上將水平尾翼做成可操縱偏轉的整體,稱為全動平尾。在全動平尾上不再有安定面和升降舵之分。全動平尾的構造與機翼相同,但是翼面的全部彎矩和扭矩載荷在根部都要集中到轉軸上來,並且支承點是可轉動的軸承,因此全動平尾根部結構複雜,重量也較大。
通常超音速飛機機翼的展弦比較小,機翼展長比平尾展長大不了多少。利用平尾差動來產生滾轉操縱力矩已能滿足飛行的要求。平尾左、右翼面既能同向偏轉起升降舵作用,又能分別向不同方向偏轉(差動)起副翼的作用(圖4),這就是差動平尾。採用差動平尾以後,就可以取消機翼上的副翼,因而機翼整個後緣都可安裝襟翼以改善飛機的起飛、著陸性能和機動性。在變後掠翼飛機上,機翼可以繞垂直(翼弦面)樞軸轉動(常稱掠動),如在機翼上裝副翼,它在大後掠角位置上根本無法工作,因此只能採用差動平尾作為主要滾轉操縱面。
垂直尾翼

垂直尾翼,簡稱垂尾。起保持飛機的航向平衡、穩定和操縱作用,原理與平尾相似。垂直尾翼僅僅布置在飛機軸線的上部。這是因為在起飛著陸時,飛機頭部上仰,尾部離地很近,無法布置垂尾翼面。與平尾相同,垂尾翼面的前半部分通常是固定的,稱垂直安定面;後半部分鉸接在安定面後部,可操縱偏轉,稱方向舵。垂尾的作用是保持轉彎在無側滑狀態下進行;在有側風著陸時保持機頭對準跑道;飛行中平衡不對稱的偏航力矩(如多發動機中有一台發動機停車造成的偏航力矩)。方向舵操縱系統中可裝阻尼器,以制止飛機在高空高速飛行中出現的偏航搖擺現象。
飛機對於航向操縱能力要求不高,即使在超音速飛機上也很少採用全動式垂直尾翼。
多數飛機只有一個垂直尾翼(單垂尾)。它位於飛機的對稱面內。在一些多發動機的螺鏇槳飛機上,為了提高垂尾效率,故意將垂尾放在螺鏇槳後的高速氣流中。為此將垂直尾翼分為兩個(雙垂尾)或兩個以上(多垂尾)翼面(圖5)。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。
V型尾翼

作用
主要作用是可以有效地減少轎車在高速行駛時的空氣阻力和節省燃料。汽車在行駛過程中阻力可分為縱向、側向和垂直上升3個方面的作用力。根據測試,當一輛車以80公里/小時前進時,有60%的耗油是用來克服縱向風阻的。為了有效地減少並克服汽車高速行駛時空氣阻力的影響,人們設計使用了汽車尾翼。其作用就是使空氣對汽車產生第四種作用力,即對地面的附著力,它能抵消一部分升力,控制汽車上浮,減小風阻影響,使汽車能緊貼著道路行駛,從而提高行駛的穩定性。汽車尾翼形狀尺寸是經過設計師精確計算而確定的,不宜過大也不宜過小,不然反而會增加轎車的行車阻力或起不到應有的作用。以排氣量為1.8升的轎車為例,裝上尾翼,空氣阻力係數降低20%。一般道路上行駛,耗油量減少不明顯。如果在高速公路上以120公里的時速行駛,則能省油14%。
附註
字典中的解釋:1.由水平與垂直穩定面組成的飛機末尾部分,上面裝有縱向控制和方向控制的可動面。
2.飛機的尾部翼面組。