各自精彩的“尾翼”

依蔓

飞机在稳定飞行时，全机升力和重力相等，两个力的作用点分别为重心（也叫质心）和压力中心。重心是飞机设计中最重要的因素之一，俯仰、偏航和滚转这3 种飞机的基本运动形式都是围绕重心进行的，其中的俯仰运动又与机翼、平尾以及发动机拉力或推力等因素的作用密不可分。

飞机的俯仰受力平衡（绘图/ 周游）

以民航客机来说，其重心和压力中心不重合，而且重心通常位于压力中心之前。这种情况下，机翼除了提供升力，还会形成一个迫使飞机“低头”的力矩（当重心大幅后移，且机翼迎角增大很多时，也可能产生“抬头”力矩）。飞机要取得俯仰平衡，必须有第三个力来产生“抬头”力矩，平尾就担负着提供“抬头”力矩的重任。

机翼的翼弦和相对气流形成正迎角，产生升力，而平尾和机翼相反。它相当于一个倒置的缩小版机翼，能够和相对气流形成负迎角，产生负升力。平尾不仅能够帮助飞机克服“低头”问题，凭借着其上可以小幅度翻转的水平安定面，它还能在飞机受气流等因素干扰，发生“抬头”现象时形成“低头”力矩。这样，无论飞机“抬头”还是“低头”，都能够在平尾的帮助下恢复到原来的状态，确保俯仰稳定性。

运-20采用的T型尾翼。T型尾翼大多应用在大型军用运输机（可使运输机后舱门有更大的空间，方便装卸货物）和尾吊式发动机的民航客机（为了给发动机提供安装空间）上，主要特点是平尾位于垂尾靠近翼尖的位置

ARJ21飞机也采用T 型尾翼。T型尾翼中，尾翼的重量全部靠垂尾来支撑，因此垂尾的强度要求高，通常会做得比较重

一架无人机的双垂尾。双垂尾乃至多垂尾设计可以提供更大的方向舵面积，有效降低垂尾的高度，但由于安裝在平尾的两端，也会增加平尾的结构强度。目前，类似的垂尾设计在大型飞行器上已很少见

实际飞行中，受机上人员、货物的移动、燃油消耗导致油箱重量改变等因素影响，飞机的重心会朝着飞机尾部移动，这样飞机就会变得越来越不稳定。此时，飞机的控制系统会通过自动调整平尾上的配平片角度，来修正飞行姿态，这大大减轻了飞行员通过操纵升降舵来修正飞机的工作负担。

飞机的垂直尾翼由固定的垂直安定面和可以左右偏转的方向舵组成，主要用来控制飞机的航向。当飞机在高空飞行中受气流影响，机头左右偏转时，作用在垂直安定面的气动力会产生一个与偏转方向相反的力矩，确保飞机沿航线飞行。

方向舵掌控着飞机的方向，偏转后它能够在机尾产生一个横向力矩，再配合机翼上的副翼，就可以帮助飞机横向倾斜完成转向。

战斗机由于在机动性等方面有更高要求，其水平尾翼与民航客机、大型运输机等有很大的区别。不少战斗机的水平尾翼不像客机那样有界限分明的水平安定面和升降舵，而是二者合一。这种平尾能整体大幅上下偏转，称为全动平尾。

除了全动平尾，也有些战斗机将平尾从后边移到了机翼前面，这种平尾称为“前翼”或“鸭翼”，例如中国的歼-20、歼-10战斗机。鸭翼布局的战斗机往往采用的是三角翼+鸭翼的形式，这种布局下的飞机机动性、气动性都能有更大的提升。

尾翼通常要根据飞机的操纵性、稳定性等要求进行设计。此外，尾翼在一定程度上还会影响飞机的速度、升限等飞行性能，这些都是飞机设计中要考虑的因素。未来的飞行器还会出现怎样的尾翼？又会带来怎样更出色的性能呢？答案也许就在你的脑海里。

（责任编辑/张丽静 美术编辑/周游）

采用常规平尾的F-22“猛禽”战斗机

采用三角翼+鸭翼的歼-20战斗机