揭秘丨纵横大鹏CW系列无人机尾翼设计

“为什么你们家尾翼这样设计？”

“为什么CW-15和CW-25E尾翼设计不一样？”

“这种尾翼设计有什么作用？”

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关于无人机尾翼设计，这是鹏友们一直关心的话题。

今天，小编特邀我司研发中心人员为大家揭开“尾翼设计”的神秘面纱。

什么是尾翼？

尾翼作为飞机部件，是安装在飞机后部，起稳定和操纵作用的装置。尾翼一般分为垂直尾翼和水平尾翼。通常垂直尾翼后部有方向舵，水平尾翼后部有升降舵。

尾翼可认为是一个小机翼，二者主要区别在于机翼通常产生大部分升力，而尾翼仅仅能使用其升力潜力的一小部分。

尾翼的功能主要是用于配平、保持稳定性和获得操纵性。

配平是指尾翼产生的升力因为有尾力臂而产生绕重心的力矩，用来平衡飞机产生的某些力矩，例如：平尾平衡机翼产生的俯仰力矩，垂尾平衡偏航力矩等。

飞机在飞行中也会因各种干扰（如阵风等）而偏离原有平衡，这时尾翼将产生一个恢复力矩使飞机恢复至原有平衡，对飞机起到稳定的作用。

尾翼的另一个重要作用是操纵。飞机在飞行中需要经常改变飞行状态，如爬升、平飞、下滑等。对于稳定的飞机，要改变飞行状态就需要克服稳定力矩。例如要增大飞机迎角，就需要有一个克服稳定力矩的抬头力矩。此外，尾翼还需要保证飞机在严重状态时都有足够的操纵效能，例如起飞抬前轮、低速条件下发动机失效等。

尾翼的常见布置形式

常规式尾翼通常布置在机身后端的位置，利于结构设计，可以在重量最轻的情况下提供足够的稳定性和操纵性，同时尾翼在大多数情况下处于平滑流场中，是一种经常被采用的尾翼布置形式。

“T型”尾翼也是一种广泛被使用的尾翼布置形式。通常由于垂尾需要加强以支撑平尾，“T型”尾翼重量相比常规式尾翼更重一些。但同时“T型”尾翼具有更多优点，例如：由于端板效应的存在，“T型”尾翼的垂尾可以做得较小；平尾位置被抬高后，可以在一定程度上避开机翼尾流和螺旋桨滑流，使其效率更高的同时也可以减小平尾尺寸。

如果对飞机总高度有要求，使用单垂尾显得过高时，“H型”垂尾则是一个很好的方案。该布局通过端板效应抑制平尾端部的绕流可增大平尾的效率。“H型”主要的缺点是尾部在偏航角较大时会承受更大的气动载荷，并且垂尾的安装形式会降低平尾的固有振动频率，降低颤振速度，这些都需要加强结构强度设计，导致尾翼整体的结构重量增大。

“十字型”尾翼是介于常规式尾翼和“T型”尾翼之间的折中方案。与“T型”尾翼相比，它能够减小机身的结构载荷，同时平尾也具有一定的端板作用。在大迎角时，垂尾下半部分会位于相对“干净”的气流区域，增强尾旋改出能力。

“V型”尾翼在水平和垂直方向的投影能够同时起到纵向和航向稳定作用，在兼有平尾和垂尾的功能的同时减小浸湿面积，降低干扰阻力。“V型”尾翼带来的损失则是使得操纵动作变得复杂：当两边舵面作同方向偏转时起到升降舵作用；两边舵面作差动时起到方向舵作用。

“Y型”尾翼与“V型”尾翼类似，只是在机身下方增加了第三个翼面。操纵时上方的“V型”翼面布置有升降舵只提供俯仰操纵，下方的第三个翼面布置方向舵提供航向操纵。这种尾翼布置避免了“方向升降”的复杂性。有时为了使尾翼能够在大迎角状态下避开机翼尾流，也采用“倒Y型”尾翼布置。

纵横大鹏CW系列无人机尾翼设计

在对上述常见的飞机尾翼布局有了初步的了解之后，我们来一起看看纵横CW系列无人机产品的尾翼有哪些独特之处。

CW-007、CW-15无人机的尾翼采用“十字型”尾翼形式，这种布局形式兼具了常规式尾翼和“T型”尾翼布局的优点，在大迎角时垂尾能够拥有足够效能。平尾采用全动平尾设计，将安定面与升降舵合二为一，通过舵机控制整个平尾偏转，使得飞机的操纵性能大大提高；同时在大迎角时通过改变平尾角度可改善平尾的失速特性。在尾翼结构设计方面，将垂尾的结构与尾撑杆相结合，有利于结构设计和生产制造。

纵横大鹏CW-007无人机尾翼

CW-25E、CW-40、CW-100等三款垂直起降无人机产品均采用双尾撑融合倒V尾设计。尾翼设计采用“倒V型”（或“A型”）布局，在兼具平尾和垂尾的功能的同时减小浸湿面积，降低了干扰阻力。同时，对于后推式螺旋桨无人机，“倒V型”布局可在一定程度上将尾翼放置在螺旋桨滑流和机翼洗流之外，进一步减小阻力。

纵横大鹏CW-25E无人机

复合翼无人机采用双尾撑融合倒V尾布局在结构方面拥有明显优势，一方面为垂直起降动力提供了理想安装位置，有效节省了垂直起降动力的安装结构；另一方面，该布局形式拥有更高的结构刚度和结构稳定性，可实现较大的机翼翼展设计；其次，由于尾翼并未直接安装在机身结构上，有效降低了机身长度和机身结构重量，同时由于不需要考虑尾翼安装影响，更便于在机身布置动力装置。

纵横大鹏CW-100无人机

不同形式的尾翼各有优劣，

最终还是要根据不同的设计目标进行取舍，

合适的才是最好的。