Varför kan inte horisontella stabilisatorer vara längre än de är idag?

På de flesta flygplan är de horisontella ytorna på baksidan horisontella stabilisatorer. Dessa ytor ger faktiskt en negativ lyft som balanserar tyngdpunkten framåt i centrum av lyftkraften. Denna kraftsaldo ger enkel stabilitet på ett enkelt sätt, vilket är varför det är standarddesignen för både stora och små flygplan. Självklart arbetar den här negativa hissen mot huvudvingen, vilket ökar dragningen, så att denna yta hålls så liten som möjligt för att ge tillräcklig stabilitet med så lite drag som möjligt.

Det finns ett flygplanlayout som heter tandemvinge , där det finns två vingar i en tandemkonfiguration som båda ger uppåt .

Flygplanets svansytor kallas också "empennage", en term som härstammar från det franska ordet för fläckning av en pil. Termen anger således syftet. De horisontella och vertikala stabilisatorerna är exakt det, stabilisatorer. Deras syfte är att hålla flygplansskrovet i linje med den relativa vind som flygplanet förflyttar genom luften. Utan dem kunde planet enkelt gå in i en sidoslip eller en tumble. De ger också pitch och yaw kontroll genom att omdirigera den relativa vinden uppåt eller nedåt, med motsatt effekt på flygplanet (Newtons tredje lag).

De är inte avsedda att generera hiss för att motverka tyngdkraften, och i många fall gör den horisontella stabilisatorn precis motsatsen, vilket ger en nedåtgående kraft på baksidan av flygplanet genom en kombination av negativ tonhöjd och "downwash" av luft från vingar. Detta håller näsan uppåt under framflyttningen, vilket kompenserar för en lätt näsa-tung viktfördelning som i sin tur ger önskvärda flygegenskaper, såsom tendensen att näsa ner i en stall (om du kommer att falla ut ur himlen, du kan lika väl falla i en attityd som återställer en låg attackvinkel och därmed har potentialen att återhämta sig).

Därför är de i en traditionell konfiguration inte större än de är för att de inte behöver vara. En större horisontell stabilisator ökar dragen på grund av den större ytan och volymen av förskjuten luft, utan någon reell vinst. Potentiellt kan kontrollytans yta ökas, men det finns en gräns för hur stor de kan vara innan krafterna som verkar på styrytan i ett avböjt läge överstiger materialstyrkan på kontrollytan eller flygplanet. Ännu innan det gör större kontrollytor planet mer känsligt för stick / ok-ingång, vilket är användbart för ett flygplan eller flygplan, men potentiellt dödligt för ett plan som är utformat för att användas av piloten "everyman".

Som redan noterat kan de kan vara men inte för att minska dra.

Generellt är de horisontella stabilisatorerna i nuvarande generation av flygplan mindre än sina föregångare. Detta är ett resultat av framstegen när det gäller att utforma flygplanet med införandet av flyg-med-trådsystem.

De horisontella stabilisatorerna är konstruerade för att ge stabiliteten till flygplanet genom att ge ett negativt tonhöjd. Flygvingen är i sig instabil. När lyft genereras, vingar vingen upp, vilket ökar angreppsvinkeln, ökar hissen. Denna process fortsätter tills vingeboderna. Den horisontella stabilisatorn är i själva verket en mindre vinge som ligger på andra sidan tyngdpunkten på längre avstånd, vilket negerar denna vinkel uppåt i huvudvingen.

Så i grunden ger den horisontella stabilisatorn en positiv hiss , men en negativ tonhöjd . Ju större den horisontella stabilisatorn är, mer hissen och stabiliteten, men också dragningen.

Ett sätt att minska draget är att ha en mindre horisontell stabilisator, men detta minskar stabiliteten vilket kräver att piloten kontinuerligt ställer in kontrollerna för att flyga flygplanet. Införandet av datorstyrda kontroller (fly-by-wire-system) innebar dock att flygplanet kunde vara instabilt, med datorn ställa in kontrollerna kontinuerligt för att uppnå en stabil flygning.

Som ett resultat av detta har flygplanet som är konstruerat efter 1990-talet för det mesta ledningsstyrsystem med mindre horisontella stabilisatorer, vilket resulterar i mindre drag och minskad bränsleförbrukning.

Som exempel, jämför de horisontella stabilisatorerna DC10 och MD11.

Källa: Boeing 757 Maya

MD11 var baserat på DC10, med sträckt krossning och ökad vingspets, dock med en mindre tailplane. Detta uppnåddes med användning av en (delvis) datorstyrd horisontell stabilisator. Som det framgår av bilden var den horisontella stabilisatorn i MD11 mindre än DC10, även om flygplanet var större.

Därför är orsaken till mindre horisontella stabilisatorer att minska vikten och dra och detta uppnås huvudsakligen genom användning av datorstyrda kontrollytor. Eftersom den mindre stabilisatorn slappnar av stabiliteten , även om det kan ha tillräckligt med kontroll på grund av den längre momentens arm:

Relaxed stability designs are not limited to military jets. The McDonnell Douglas MD-11 has a relaxed stability design which was implemented to save fuel. To ensure stability for safe flight, an LSAS (Longitudinal Stability Augmentation System) was introduced to compensate for the MD-11's rather short horizontal stabilizer and ensure that the aircraft would remain stable. However, there have been incidents in which the MD-11's relaxed stability caused an "inflight upset."

Concorde designers tog ett annat tillvägagångssätt: de tog bort de horisontella svansplanen för att minska drag så mycket som möjligt.

Varje onödig sak (pod / pylon / etc) på skrovet eller under vingarna lägger till dra, även utan att lyfta.

Ett annat historiskt exempel är MD-11, utvecklingen av DC-10. Om du märker, MD-11, även om den är längre och tyngre, har mindre svansplan för bättre kryssningsprestanda.