基本介紹
- 中文名：無尾飛機
- 外文名：taillessairplane
- 特點：阻力小、結構輕、機動性強
- 優點：隱身性、敏捷性好，便於載貨
- 外形：沒有水平尾翼和鴨翼
- 產生時期：1943年德國無尾火箭截擊機
- 黃金時代：20世紀60年代
簡要介紹,構造,原理,優點,缺點,發展史,
簡要介紹
無尾飛機無尾飛機是沒有水平尾翼和鴨翼的飛機。它的俯仰平衡和操縱靠機翼後緣升降副翼來完成（見鴨式飛機）。由於取消平尾和機身載荷減小，結構重量輕。但是，為保持飛機平衡須付出一定的阻力代價；並且起飛著陸性能差。為了改善起飛著陸性能，無尾飛機通常採取較大的機翼面積。將飛機重心移到氣動中心之後，可克服配平阻力大的缺點，再配以前緣增升裝置，進一步改進機動性和起飛著陸性能。所以，無尾翼飛機實際上只是無水平尾翼的飛機。
對無尾布局飛機設計，高升阻比、小低頭力矩的高升力翼型設計是其關鍵技術之一。
正常型式飛機都採用垂尾和方向舵實現穩定和方向控制，但隨著迎角和馬赫數的增加，垂尾提供方向控制的能力會迅速下降，為了滿足高馬赫的飛行和控制要求，不得不採用更大面積的垂尾，這既增加了飛機的重量，又增加了飛機的阻力，更不利於隱身的要求，有的資料估計，若不用垂尾，會減重5%，減阻10%左右，再加上隱身的好處，這自然成為布局研究的熱點之一。西方國家，尤其是美國，對無尾飛機布局開展了大量的研究，其重點是方向控制問題。他們除了研究常規的舵面，如俯仰襟翼、升降副翼、內外側擾流板、“蛤殼式”裝置、內外側前緣襟翼的貢獻外，其創新控制舵面包括全動翼尖、差動前緣襟翼、擾流-開縫-折流板、可收放方向舵以及下表面擾流板等。他們的研究表明，全動翼尖在各種飛行條件下都能提供較高的效率，是一種可用於無尾戰鬥機的極具潛力的偏航控制裝置。
此外，對前體邊條的研究表明，它在不同的迎角和側滑範圍內都有效，而且套用於前體頂點時效率最高。蘭利研究中心和Eidetics公司的研究表明，通過將邊條伸展到不同高度或改變迎風偏角，可以獲得不同大小和方向的偏航力矩。
國外的統計資料表明，對常規的採用方向舵控制的作戰飛機，如F-15，F-18A，其偏航控制力矩係數在0.020 左右，而由此引起的不利滾轉力矩係數在-0.003～-0 .009。這可以作為無尾作戰飛機偏航控制力矩需求量的參考。
中國空氣動力研究與發展中心總體技術部圍繞無尾飛機布局的方向控制問題，選擇了兩種典型的機翼布局，除常規舵面外，還配置了活動翼尖(可順氣流方向偏轉和繞翼尖偏轉)、開裂式副翼、機頭邊條等，開展了風洞實驗研究，以期為無尾飛機布局的方向控制提供了一些可行方案。其研究得到了國家重點實驗室基金資助，大部分試驗在西北工業大學翼型研究中心NF-3 風洞的三元實驗段內進行。
構造
無尾飛機一般採用三角機翼。機翼後緣離飛機重心較遠，可提高升降副翼的平衡操縱能力。對於超音速無尾飛機，小展弦比的三角翼還具有氣動中心變化小的優點，這對於平衡能力差的無尾飛機非常重要。為了改善起飛著陸性能，無尾飛機通常採用較大的機翼面積，減少單位機翼面積上的重量載荷(翼載)。此外，套用主動控制技術將飛機重心移到氣動中心之後，可以從根本上克服配平阻力大的缺點，再配以前緣增升裝置，可以大大改進無尾飛機的機動性和起飛著陸性能。法國無尾戰鬥機“幻影”2000就採取了這種技術措施。當巨型飛機的機翼大到足以容納旅客和貨物時，則可取消無尾飛機的機身，成為飛翼式飛機，它具有重量輕和阻力小的優點。
幻影2000戰鬥機
幻影2000戰鬥機原理
飛機為什麼做成無尾的呢？尾巴的作用是使飛機在飛行中保持平衡，不至於翻滾，還可以用來操縱飛機升降。但是尾翼又給飛機增加重量又增加阻力。特別是水平尾翼和機翼處在同一個水平面內，配合不好還會和機翼互相干擾而使飛機不穩定。飛機設計家們就想能不能去掉水平尾翼而只保留機翼呢？ 要想減去水平尾翼可以將機翼向後延長代替它。這樣就成了三角翼的形式，我們稱它為無尾三角翼飛機。這種飛機阻力小，很適合高速飛行。但是，低速飛行時性能較差。飛機的垂直尾翼仍然保留著。所以，無尾翼飛機實際上只是無水平尾翼的飛機。
優點
1．超音速阻力小。這主要是由於採用大三角翼的原因。小展弦比、大後掠角的大三角翼，加上這類機翼固有的相對厚度小的優點，減小了其超音速零升阻力。在超音速條件下，無尾飛機配平阻力也相對較小——在此條件下，和正常布局飛機相比，平尾和無尾飛機升降副翼在相同偏轉角度下引起的配平阻力相當，而實際配平時無尾飛機偏轉角度較小。
2．在滿足設計要求的前提下飛機結構重量較輕（相對其它布局形式）。由於省去了平尾的重量，加上機身長度縮短，以及大三角翼的結構重量較小，這種先天重量優勢使得無尾飛機在改善飛機機動性時具有更高的起點。不過如果強調飛機續航能力，那么無尾大三角翼飛機相對於現代高性能正常式飛機而言，巡航阻力稍大，因此需要攜帶更多的燃油，這部分重量基本上抵消了結構上的重量優勢。此外，由於結構重量減輕，相應的成本和價格也降低。
3．常規機動性較好。原因之一是為了緩解起降性能差的固有弱點，通常會選擇較低的翼載。低翼載不僅有助於提高飛機盤旋能力，而且設計良好的話可以緩解大後掠三角翼帶來的誘阻大的問題——因為相同過載下需用的升力係數較低，不需要拉那么大的迎角來獲得較高的升力係數。這實際上是無尾三角翼布局機動性好的最重要原因。
缺點
取消平尾有兩個較大的缺點：①配平阻力大。為保持飛機在一定升力係數下平衡須付出一定的阻力代價，即配平阻力。操縱面平衡偏度越大，配平阻力就越大。正常式飛機的平衡操縱靠偏轉平尾舵面來實現，由於平尾到飛機重心的距離比無尾飛機升降副翼到重心的距離大得多，平衡所需舵面偏度較小，所以無尾飛機的配平阻力比正常式飛機要大；②起飛著陸性能差。正常式飛機常靠機翼後緣襟翼增加升力，改善起飛著陸性能。在無尾飛機上，機翼後緣已被升降副翼占據，不能安裝襟翼。大迎角時後緣升降副翼上偏，反而減小升力，影響起飛著陸性能。
發展史
無尾飛機是指飛機上保留了垂直尾翼而水平尾翼則移到了機翼上。1943年德國在二戰時，率先製造了Me163無尾火箭截擊機。這是航空史上第一種投入使用的無尾飛機。 這種飛機採用後掠翼，翼展很短，操縱飛機升降作用的升降副翼裝在機翼後緣上。機身後段裝有一台火箭發動機，機身下邊裝有腳踏車式雙輪起落架。當飛機起飛以後，就把機輪拋掉以減輕重量和減小阻力。著陸時利用機身下邊的滑橇在跑道上滑行。短粗的機身中裝有2噸燃料。這么多燃料也只夠火箭發動機工作12分鐘。別看它工作時間短，可飛行速度卻達到了每小時957千米，這么高的速度在當時是任何一種飛機都無法比擬的。所以，它只適合於短時間內速戰速決戰術。一旦衝到敵人機群中，即快速地進行攻擊，不管是否擊中目標，到時間立刻返回基地。這種戰術使盟軍飛行員一時不知如何對付才好。
