隱身艦載機(jī)為何不用全動(dòng)垂尾?

飛機(jī)從1903年誕生開始,就是有垂尾的,垂尾的作用很明確,主要是用來掌握方向的,也就是確保飛機(jī)在需要直飛的時(shí)候能夠準(zhǔn)確的向前,而需要轉(zhuǎn)彎的時(shí)候可以隨著飛行員的操作正確的向左或者向右轉(zhuǎn)彎。而飛機(jī)和車輛以及輪船都不一樣,地球上的車輛的轉(zhuǎn)彎一般采用握把,而四輪車或者多輪車一般采用方向盤;而對(duì)當(dāng)代的車輛來說,方向盤都有機(jī)械或者電子助力的。輪船的方向掌握也需要舵機(jī),而方向舵和車輛的方向盤差不多,都是輪狀物,也是有電子和機(jī)械助力的。車輛和船舶的方向操作一般用手,車輛的油門和剎車多用腳操作。但是飛機(jī)從一開始就形成了相反的操作方法。飛機(jī)的方向操作用左右腳,而油門用左手控制。上下方向的操作一般用右手控制。因此控制飛機(jī)左右轉(zhuǎn)換方向需要用兩腳分別蹬舵。

飛機(jī)還有一個(gè)特征和車輛與輪船都不一樣。因?yàn)轱w機(jī)是飛行在空中的,可以在360度球面的任何方向和角度飛行。而車輛和輪船基本只在地面或者海面一個(gè)大體的平面維度內(nèi)運(yùn)動(dòng),飛機(jī)可以側(cè)滑也可以在空中打滾,但是車輛和輪船都很難做到這一點(diǎn),如果車輛和輪船也打滾,那是出了嚴(yán)重的事故。因此飛機(jī)的尾翼的作用相當(dāng)復(fù)雜,在做大范圍機(jī)動(dòng)的時(shí)候,不但是穩(wěn)定面,有時(shí)候也是特殊的氣動(dòng)面。早期的螺旋槳飛機(jī)一般只有一個(gè)垂尾,當(dāng)然也有雙垂尾甚至有多垂尾的。比如至今艦載螺旋槳預(yù)警機(jī)會(huì)有多達(dá)4個(gè)左右的垂尾。垂尾越多則穩(wěn)定性越強(qiáng),預(yù)警機(jī)搞4個(gè)垂尾,除了增加穩(wěn)定性還有給背負(fù)的雷達(dá)圓盤進(jìn)行尾部氣流的整流作用,最終目的也是為了提高操控性和起降的安全性。而飛機(jī)的垂尾既需要保持穩(wěn)定性,

又需要增加操控性,那么就需要把飛機(jī)的垂尾拿出一部分來,主要是垂尾的后部。作為活動(dòng)方向舵面使用。這和把飛機(jī)的主機(jī)翼的后部邊緣的外側(cè)拿出來當(dāng)做副翼,提高左右傾斜的力矩來源的道理是類似的。直到三代機(jī),當(dāng)時(shí)的戰(zhàn)斗機(jī)的垂尾仍然基本都是真正的“垂尾”,也就是這類飛機(jī)的垂尾和飛機(jī)的水平軸線是垂直的。而雙發(fā)重型三代機(jī)多采用雙垂尾的設(shè)計(jì),比如蘇27、米格29、F15、F14都是這樣設(shè)計(jì)的典型,雙垂尾可以大大提高飛機(jī)的方向穩(wěn)定性,而且雙尾舵的操控效率也高。不過到了隱身機(jī)時(shí)代,卻把大部分雙垂尾搞成了向外傾斜的V型雙尾,這又是為什么呢?這就在于雙垂直尾翼雖然氣動(dòng)操作效率很高,但是在隱身時(shí)代卻會(huì)造成對(duì)手的雷達(dá)探測(cè)波在兩個(gè)完全水平的垂尾之間產(chǎn)生大幅度的共振反射。

會(huì)比較大幅度的增加有雙垂尾的戰(zhàn)斗機(jī)從正面被探測(cè)到的概率,于是就發(fā)明了把雙垂尾改成V型垂尾的方式。這樣兩個(gè)呈現(xiàn)一定角度的巨大垂尾,就不會(huì)讓雷達(dá)波共振了。F22就是這種巨型雙垂尾的典型。改成V型垂尾還有一個(gè)附帶的好處。如果是單純地完全的雙垂尾,平飛下是不會(huì)有任何正升力的,只能是完全的向下的重量負(fù)擔(dān)。而V型垂尾就有一定的附帶正升力,而且在飛機(jī)大幅度機(jī)動(dòng)飛行時(shí)的全向氣動(dòng)效率更高。既然V型垂尾本身就有升力兼方向操作力矩,到了YF23上,干脆取消了水平尾翼。垂尾和水平尾翼都不用區(qū)分了。而到了SU57和某重型機(jī)上,又出現(xiàn)了進(jìn)一步的升級(jí),這就是全動(dòng)垂尾。全動(dòng)垂尾的好處是偏轉(zhuǎn)力矩更大。可以用比F22A小一半還多的垂尾面積,就可以產(chǎn)生更大的操控力矩。

全動(dòng)垂尾還可以差動(dòng)操作,就是兩個(gè)垂尾的狀態(tài)完全不一樣,這樣產(chǎn)生的空中復(fù)雜力矩是其他固定的垂尾都無法達(dá)到的。不過全動(dòng)垂尾對(duì)操控軟件的要求極高,需要有強(qiáng)大數(shù)學(xué)功底的專業(yè)編程單位才敢編寫這類超級(jí)操控軟件。而到了隱身艦載機(jī)上,又被發(fā)現(xiàn)沒有采用全動(dòng)垂尾,而是采用了和F35C類似的半固定雙傾斜垂尾。這主要在于艦載機(jī)在起降期間的操控穩(wěn)定性的要求大于靈活性。因此仍然采用了傳統(tǒng)的V型雙垂尾。