[科普中國]-垂直安定面

垂直安定面用以保證飛機(jī)航向的平衡與穩(wěn)定性，并懸掛方向舵以對(duì)飛機(jī)實(shí)施航向操縱。垂直安定面結(jié)構(gòu)不僅要承受自身的氣動(dòng)和慣性載荷，還要承受方向舵通過其懸掛接頭和操縱接頭傳遞的集中載荷。為達(dá)到足夠的臨界顫振速度和確保方向舵的正常偏轉(zhuǎn)，垂直安定面一般按剛度設(shè)計(jì)，而結(jié)構(gòu)型式的選擇將直接影響其剛度和強(qiáng)度性能。根據(jù)總體和功能要求，選擇合適的結(jié)構(gòu)型式，可以在滿足剛度、強(qiáng)度和功能的前提下，減輕垂直安定面的結(jié)構(gòu)重量，或者改善其工藝性、維護(hù)性，從而提升飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)競(jìng)爭力1。

垂直安定面的作用1、提供飛機(jī)橫向靜穩(wěn)定性；

2、提供橫向阻尼力矩即提供飛機(jī)橫向動(dòng)穩(wěn)定性。

另外垂直安定面上一般裝有高頻通信系統(tǒng)天線和航向道/甚高頻導(dǎo)航系統(tǒng)天線，還有垂尾皮托管。2

垂直安定面盒段結(jié)構(gòu)型式目前民用飛機(jī)的垂直安定面盒段大致有兩種結(jié)構(gòu)型式：一種是雙梁（或帶輔助中梁）+翼肋和壁板組成主承力翼盒的“單閉室”結(jié)構(gòu)，空客各型客機(jī)、波音737以及高平尾布局的MD82/9 0和CRJ各型飛機(jī)的垂直安定面均采用這種結(jié)構(gòu)型式；另一種是主承力翼盒+輔助扭力翼盒（前緣艙）的“雙閉室”結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)型式從波音74 7客機(jī)開始使用，一致延續(xù)到最新的787客機(jī)。兩種結(jié)構(gòu)型式如圖所示。

對(duì)比兩種垂直安定面盒段的結(jié)構(gòu)型式可以發(fā)現(xiàn)，“單閉室”盒段的結(jié)構(gòu)較為簡單，結(jié)構(gòu)件少，有利于簡化裝配工藝；而“雙閉室”的結(jié)構(gòu)則相對(duì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)件較多，裝配工藝較為煩瑣。但采用“雙閉室”型式的垂直安定面由于在前梁前面增加了輔助梁（前緣梁），使得垂尾前緣的抗鳥撞性能大為提升，也提高了垂尾的抗扭剛度，同時(shí)輔助扭力翼盒的設(shè)計(jì)也為系統(tǒng)構(gòu)件提供了安裝空間，便于對(duì)運(yùn)營飛機(jī)垂尾內(nèi)系統(tǒng)構(gòu)件的檢查、維護(hù)和更換1。

垂直安定面與機(jī)身的連接型式垂直安定面后方懸掛方向舵，下端固定于機(jī)身上。在投入航線運(yùn)營的客機(jī)上，垂直安定面與機(jī)身的連接型式主要有三種：

1. 梁框連接型式：垂直安定面的梁插入機(jī)身與機(jī)身隔框連接。

2. 整體接頭型式：垂直安定面復(fù)材壁板下端伸出耳片與機(jī)身的雙耳接頭連接。

3. 獨(dú)立接頭型式：通過主承力翼盒下端的獨(dú)立金屬接頭與機(jī)身連接。

對(duì)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的垂直安定面，在三種與機(jī)身的連接型式中，整體接頭型式或者獨(dú)立接頭型式是較好的選擇。整體接頭型式連接效率高，結(jié)構(gòu)重量輕，這種連接型式原來一直被空客公司所采用，也是其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的典范，但在其最新的A350上，卻改用了獨(dú)立接頭的連接型式，垂直安定面根部與機(jī)身件通過五對(duì)金屬接頭連接，這也是空客公司對(duì)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量、制造、維護(hù)和修理成本均衡考量后的優(yōu)化結(jié)果1。