垂直安定面
垂直安定面
垂直安定面是飞机垂直尾翼的固定部分,主要用于维持航向平衡与稳定性,并通过悬挂方向舵实现航向操纵。其结构需承受气动载荷及方向舵传递的集中载荷,设计时优先考虑刚度以提升抗颤振性能。当飞机受气流扰动偏航时,垂直安定面会产生反向恢复力矩,偏航幅度越大则恢复力矩越强。
 
垂直安定面用以保证飞机航向的平衡与稳定性,并悬挂方向舵以对飞机实施航向操纵。垂直安定面结构不仅要承受自身的气动和惯性载荷,还要承受方向舵通过其悬挂接头和操纵接头传递的集中载荷。为达到足够的临界颤振速度和确保方向舵的正常偏转,垂直安定面一般按刚度设计,而结构型式的选择将直接影响其刚度和强度性能。根据总体和功能要求,选择合适的结构型式,可以在满足刚度、强度和功能的前提下,减轻垂直安定面的结构重量,或者改善其工艺性、维护性,从而提升飞机的经济性和市场竞争力。
垂直安定面的作用
1、提供飞机横向静稳定性;
2、提供横向阻尼力矩即提供飞机横向动稳定性。
另外垂直安定面上一般装有高频通信系统天线和航向道/甚高频导航系统天线,还有垂尾皮托管。
垂直安定面盒段结构型式
目前民用飞机的垂直安定面盒段大致有两种结构型式:一种是双梁(或带辅助中梁)+翼肋和壁板组成主承力翼盒的“单闭室”结构,空客各型客机、波音737以及高平尾布局的MD82/9 0和CRJ各型飞机的垂直安定面均采用这种结构型式;另一种是主承力翼盒+辅助扭力翼盒(前缘舱)的“双闭室”结构,这种结构型式从波音74 7客机开始使用,一致延续到最新的787客机。两种结构型式如图所示。
对比两种垂直安定面盒段的结构型式可以发现,“单闭室”盒段的结构较为简单,结构件少,有利于简化装配工艺;而“双闭室”的结构则相对复杂,结构件较多,装配工艺较为烦琐。但采用“双闭室”型式的垂直安定面由于在前梁前面增加了辅助梁(前缘梁),使得垂尾前缘的抗鸟撞性能大为提升,也提高了垂尾的抗扭刚度,同时辅助扭力翼盒的设计也为系统构件提供了安装空间,便于对运营飞机垂尾内系统构件的检查、维护和更换。
垂直安定面与机身的连接型式
垂直安定面后方悬挂方向舵,下端固定于机身上。在投入航线运营的客机上,垂直安定面与机身的连接型式主要有三种:
1. 梁框连接型式:垂直安定面的梁插入机身与机身隔框连接。
2. 整体接头型式:垂直安定面复材壁板下端伸出耳片与机身的双耳接头连接。
3. 独立接头型式:通过主承力翼盒下端的独立金属接头与机身连接。
对于复合材料结构的垂直安定面,在三种与机身的连接型式中,整体接头型式或者独立接头型式是较好的选择。整体接头型式连接效率高,结构重量轻,这种连接型式原来一直被空客公司所采用,也是其复合材料结构设计和制造的典范,但在其最新的A350上,却改用了独立接头的连接型式,垂直安定面根部与机身件通过五对金属接头连接,这也是空客公司对飞机的结构重量、制造、维护和修理成本均衡考量后的优化结果。
参考资料
>航空博物馆>航空常识 >认识飞机.中国科普博览.2025-09-08
最新修订时间:2025-12-26 18:21
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