民航客机为什么不用双垂直尾翼?—美国退役飞机公司
对于为什么要在民航机里采用双垂尾的理由,既然提到JAL123,那么出发点一定是希望在结构上采取冗余设计以便提高飞机的可靠性吧?虽然对于航空器可靠性设计来说,大就是好,多就是美,口径即正义,炮塔即真理(什么鬼,飞不起来了……)但不是说什么结构都以冗余设计为第一优先考虑的。如果冗余带来的好处有限而带来的麻烦更多,那么冗余设计就不会是设计人员的考虑了。
多垂尾的好处是,在单片垂尾面积有限的情况下可以提供更大的方向舵面积和安定面面积,也因此可以有较低高度的垂尾,限制了机身高度,便于维护。至于结构冗余,属于附属的好处了。所以在过去民航机速度较低的时代,确实出现过多垂尾的客机的~
比如有名的Lockheed Constellation,三垂尾


以及曾经改造过客机型的An-22,双垂尾


然而进入喷气时代,这个设计就不流行了。因为传统的亚音速客机都是较窄的圆柱截面机身,故此无法像战斗机一样在机身上布置双垂尾。因此要采取双垂尾,就必须使用H型尾翼设计。也就是说,垂尾安装在平尾的翼尖处。对于低速飞机来说还好,对于高亚音速的现代客机来说,因为平尾都有一定后掠角而不是平直式,如果在平尾翼尖上加了这么一大坨东西,结构设计立刻会变得麻烦-尤其是机翼洗流的扰动可能因为垂尾而影响到平尾,从而闹出一些不可预见的问题。同时,现代的客机水平安定面并不是装死在机身上的,而是可以对安装角进行细微的调整,以便针对不同的货物安放位置以及速度进行配平--如果采取双垂尾设计的话,原本只需要带动水平安定面的机械结构如今还要带动垂直尾翼,结果只能做得更加笨重--你看既然双垂尾有这么多不便之处,今日还有什么理由采用它呢?
啊,呸呸呸,已经编不下去了。从技术角度说了这么多,其实根本没触及到最根本的原因:
在今日干线客机的设计构型已经确定成熟的情况下,飞机制造商根本没有热情去开发新的客机构型,也承担不起新构型的开发风险。
你说前面的那些技术上的理由blabla的,可是总是有例子来打脸。比如An-225就是双垂尾啊,他还是超巨无霸机啊!


哦,你说绘里姐的亲戚们都是战斗民族胆大包天,那么没那么胆大的美国人也有三垂尾版的747来运航天飞机啊!


人家根本没拿这些问题当回事啊!
然而就像世人阻止不了那些激动的工程师们搞出这样的怪物,那些激动的工程师们也没法说服躲在橡木办公桌后的系统工程师 & 资本家们在下一个干线客机项目里采取这样的设计。
确切的说是,这几十年来都已经没有人敢采取越界的设计了。
自Boeing 707以来,无论Boeing、MD、Ilyushin,无论东西方阵营,民航干线客机的设计风格就几乎没有变过:常规布局、传统的尾翼设计、后掠翼+翼吊发动机。


*第一排左起分别是Boeing 707、A300、IL-96。第二排左起分别为Boeing 767、A340、A350
即使稍微有些变化,也无非是T tail or 后置发动机,或两者的组合。


*左起分别为DC-10、Boeing 727、Tu-154
比起军用机,尤其是战斗机千变万化的设计来说,民航机的设计要单调和保守得多。这是自然的。因为军用机的任务是不惜一切代价完成各种错综复杂的战斗任务。而干线客机的任务只有一个--用最低的成本和最高的可靠性把乘客 or 货物送到目的地。
最低成本,最高可靠性,在这个干线客机传统设计已经非常成熟的时代里,几乎任何与传统不同的更改都与这两者不相容。
作为高度复杂的系统,在飞机上采用任何全新的设计都意味着巨量的研发开支和周期。有些外人看起来并没有什么的小改动,有可能意味着非常大的工作量。同时,民航业发展到今日,行业标准已经非常严苛,对可靠性的要求极高--昔日干线客机可以无缘无故空中飞掉一台发动机仍能取证,今日这么干飞机制造商直接破产算了。既然如此,制造商们如何证明自己打算在飞机上使用的新技术足够可靠,能通过适航认证呢?显然,这又意味着巨额的研发开支和可能失控的研发周期。倘若新技术的引入能对用户带来巨大的好处(对制造商来说就意味机型更受欢迎)也就罢了,如果带来的好处寥寥,谁愿意去冒这个险呢?
所以现在的飞机制造商更喜欢的发展道路都是针对现在的常规构型进行特别有针对性的细微修改啊,有很多修改甚至是无法被非专业人士留意到,甚至无法被客户注意到的。
比如A320neo换了个发动机和翼盒就敢说是换代产品;
比如Boeing 737-600修正了前代的各种Bug就敢自称Next Generation;
比如Boeing 777设计之初的方案之一居然有在767的机身后段加一节757机尾的奇怪设计。
至于尾置发动机啊,T tail啊这些曾经可以作为主流的设计,甚至协和Tu-144这样诡异的设计都是异端啊要烧死烧死烧死!


因为大家都害怕了啊!
当年Boeing开发巨无霸机747几乎就把自己弄成破产--虽然他侥幸成功了。后来开发敢双发越洋飞行的777时巨量的开销又差点把自己玩破产了--虽然又侥幸成功了。动静已经非常大的787(虽然主要改动在结构和材料上),尽管现在卖得不错,一度也让Boeing擦屁股擦得非常狼狈啊。至于一开始就喜欢引入电传飞控和高性能自动驾驶仪的Airbus,在80-90年代在航展上当众摔过A320,让东德的A310飞过眼镜蛇,让华航的A300两次拍死在跑道上,还让法航的A330不明不白的掉到大西洋里。就算靠着法务部门的努力把责任推得一干二净,小心脏还是被吓得不行吧。
既然如此,谁还有心情去搞太与众不同的设计啊。
其实这么多年来各家飞机制造商不是没有开过各种脑洞啊,这2、30年来奇奇怪怪的客机设计不是没有出现过。像Boeing的Sonic Cruiser就进入了严肃的开发阶段(虽然最后下马了)。而其他的脑洞和构型一直也没停下来过啊。


你看看这些脑洞里,H tail算什么啊。而且骨子里,这些技术问题都是可以解决的--如果不考虑载客的话。实际上An-225也好,Boeing 747的航天飞机载具也好,或者更奇葩的A300-600ST,哪个样子不怪?然而让一个激进设计可以飞飞特定的情况和飞商业航线,差的路可不止一点半点。除非设计方已经有了非常深厚的技术积累,否则谁也不想轻易在实际的客机型号中尝试--哪怕是面对非常大的经济效益。至于双垂尾这种本身好处就非常有限的设计……咱们还是说说世界和平的问题吧。
航空公司不是慈善组织,就想踏踏实实挣点钱,乘客们也不是神风特攻队员,就想舒舒服服的出次行。所以飞机制造商哪里愿意随意上非传统构形啊,
还是一起闷声发大财吧~