无尾飞机

没有水平尾翼和鸭翼的飞机

无尾飞机，是没有水平尾翼和鸭翼的飞机。它的俯仰平衡和操纵靠机翼后缘升降副翼来完成。无尾飞机以其良好的隐身性能、敏捷性和便于装载货物等优点吸引了人们越来越多的兴趣。

简要介绍

无尾飞机是没有水平尾翼和鸭翼的飞机。它的俯仰平衡和操纵靠机翼后缘升降副翼来完成（见鸭式飞机）。由于取消平尾和机身载荷减小，结构重量轻。但是，为保持飞机平衡须付出一定的阻力代价；并且起飞着陆性能差。为了改善起飞着陆性能，无尾飞机通常采取较大的机翼面积。将飞机重心移到气动中心之后，可克服配平阻力大的缺点，再配以前缘增升装置，进一步改进机动性和起飞着陆性能。所以，无尾翼飞机实际上只是无水平尾翼的飞机。

对无尾布局飞机设计，高升阻比、小低头力矩的高升力翼型设计是其关键技术之一。

正常型式飞机都采用垂尾和方向舵实现稳定和方向控制，但随着迎角和马赫数的增加，垂尾提供方向控制的能力会迅速下降，为了满足高马赫的飞行和控制要求，不得不采用更大面积的垂尾，这既增加了飞机的重量，又增加了飞机的阻力，更不利于隐身的要求，有的资料估计，若不用垂尾，会减重5%，减阻10%左右，再加上隐身的好处，这自然成为布局研究的热点之一。西方国家，尤其是美国，对无尾飞机布局开展了大量的研究，其重点是方向控制问题。他们除了研究常规的舵面，如俯仰襟翼、升降副翼、内外侧扰流板、“蛤壳式”装置、内外侧前缘襟翼的贡献外，其创新控制舵面包括全动翼尖、差动前缘襟翼、扰流-开缝-折流板、可收放方向舵以及下表面扰流板等。他们的研究表明，全动翼尖在各种飞行条件下都能提供较高的效率，是一种可用于无尾战斗机的极具潜力的偏航控制装置。

此外，对前体边条的研究表明，它在不同的迎角和侧滑范围内都有效，而且应用于前体顶点时效率最高。兰利研究中心和Eidetics公司的研究表明，通过将边条伸展到不同高度或改变迎风偏角，可以获得不同大小和方向的偏航力矩。

国外的统计资料表明，对常规的采用方向舵控制的作战飞机，如F-15，F-18A，其偏航控制力矩系数在0.020 左右，而由此引起的不利滚转力矩系数在-0.003～-0 .009。这可以作为无尾作战飞机偏航控制力矩需求量的参考。

中国空气动力研究与发展中心总体技术部围绕无尾飞机布局的方向控制问题，选择了两种典型的机翼布局，除常规舵面外，还配置了活动翼尖(可顺气流方向偏转和绕翼尖偏转)、开裂式副翼、机头边条等，开展了风洞实验研究，以期为无尾飞机布局的方向控制提供了一些可行方案。其研究得到了国家重点实验室基金资助，大部分试验在西北工业大学翼型研究中心NF-3 风洞的三元实验段内进行。

构造

无尾飞机一般采用三角机翼。机翼后缘离飞机重心较远，可提高升降副翼的平衡操纵能力。对于超音速无尾飞机，小展弦比的三角翼还具有气动中心变化小的优点，这对于平衡能力差的无尾飞机非常重要。为了改善起飞着陆性能，无尾飞机通常采用较大的机翼面积，减少单位机翼面积上的重量载荷(翼载)。此外，应用主动控制技术将飞机重心移到气动中心之后，可以从根本上克服配平阻力大的缺点，再配以前缘增升装置，可以大大改进无尾飞机的机动性和起飞着陆性能。法国无尾战斗机“幻影”2000就采取了这种技术措施。当巨型飞机的机翼大到足以容纳旅客和货物时，则可取消无尾飞机的机身，成为飞翼式飞机，它具有重量轻和阻力小的优点。

原理

飞机为什么做成无尾的呢？尾巴的作用是使飞机在飞行中保持平衡，不至于翻滚，还可以用来操纵飞机升降。但是尾翼又给飞机增加重量又增加阻力。特别是水平尾翼和机翼处在同一个水平面内，配合不好还会和机翼互相干扰而使飞机不稳定。飞机设计家们就想能不能去掉水平尾翼而只保留机翼呢？要想减去水平尾翼可以将机翼向后延长代替它。这样就成了三角翼的形式，我们称它为无尾三角翼飞机。这种飞机阻力小，很适合高速飞行。但是，低速飞行时性能较差。飞机的垂直尾翼仍然保留着。所以，无尾翼飞机实际上只是无水平尾翼的飞机。

优点

1．超音速阻力小。这主要是由于采用大三角翼的原因。小展弦比、大后掠角的大三角翼，加上这类机翼固有的相对厚度小的优点，减小了其超音速零升阻力。在超音速条件下，无尾飞机配平阻力也相对较小——在此条件下，和正常布局飞机相比，平尾和无尾飞机升降副翼在相同偏转角度下引起的配平阻力相当，而实际配平时无尾飞机偏转角度较小。

2．在满足设计要求的前提下飞机结构重量较轻（相对其它布局形式）。由于省去了平尾的重量，加上机身长度缩短，以及大三角翼的结构重量较小，这种先天重量优势使得无尾飞机在改善飞机机动性时具有更高的起点。不过如果强调飞机续航能力，那么无尾大三角翼飞机相对于现代高性能正常式飞机而言，巡航阻力稍大，因此需要携带更多的燃油，这部分重量基本上抵消了结构上的重量优势。此外，由于结构重量减轻，相应的成本和价格也降低。

3．常规机动性较好。原因之一是为了缓解起降性能差的固有弱点，通常会选择较低的翼载。低翼载不仅有助于提高飞机盘旋能力，而且设计良好的话可以缓解大后掠三角翼带来的诱阻大的问题——因为相同过载下需用的升力系数较低，不需要拉那么大的迎角来获得较高的升力系数。这实际上是无尾三角翼布局机动性好的最重要原因。

缺点

取消平尾有两个较大的缺点：①配平阻力大。为保持飞机在一定升力系数下平衡须付出一定的阻力代价，即配平阻力。操纵面平衡偏度越大，配平阻力就越大。正常式飞机的平衡操纵靠偏转平尾舵面来实现，由于平尾到飞机重心的距离比无尾飞机升降副翼到重心的距离大得多，平衡所需舵面偏度较小，所以无尾飞机的配平阻力比正常式飞机要大；②起飞着陆性能差。正常式飞机常靠机翼后缘襟翼增加升力，改善起飞着陆性能。在无尾飞机上，机翼后缘已被升降副翼占据，不能安装襟翼。大迎角时后缘升降副翼上偏，反而减小升力，影响起飞着陆性能。

发展史

无尾飞机是指飞机上保留了垂直尾翼而水平尾翼则移到了机翼上。1943年德国在二战时，率先制造了Me163无尾火箭截击机。这是航空史上第一种投入使用的无尾飞机。这种飞机采用后掠翼，翼展很短，操纵飞机升降作用的升降副翼装在机翼后缘上。机身后段装有一台火箭发动机，机身下边装有自行车式双轮起落架。当飞机起飞以后，就把机轮抛掉以减轻重量和减小阻力。着陆时利用机身下边的滑橇在跑道上滑行。短粗的机身中装有2吨燃料。这么多燃料也只够火箭发动机工作12分钟。别看它工作时间短，可飞行速度却达到了每小时957千米，这么高的速度在当时是任何一种飞机都无法比拟的。所以，它只适合于短时间内速战速决战术。一旦冲到敌人机群中，即快速地进行攻击，不管是否击中目标，到时间立刻返回基地。这种战术使盟军飞行员一时不知如何对付才好。

在上个世纪60年代无尾三角翼飞机正处于黄金时代，各国纷纷效仿。民航机、轰炸机、也出现了无尾三角翼形式。像“协和”号高速民航客机“火神”轰炸机等，但在以后随之而来的却是不景气。主要原因是60年代发生的几次局部战争，战斗机仍是在低空以较低速度作战，各国在研制新机时不再追求高空高速，而要机动性好。

从此无尾三角翼也就不再那么风光了。

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