수직 스태빌라이저

Vertical stabilizer
수직 안정기는 엠펜니지의 고정된 수직 표면입니다.

수직 스태빌라이저 또는 테일[1][2] 핀은 [1]항공기의 수직 꼬리의 정적 부분입니다.이 용어는 일반적으로 이 고정 표면과 경첩으로 연결된 하나 이상의 가동 방향타 조합에 적용된다.요(방향 또는 웨더콕 안정성이라고도 함)에서 제어, 안정성 및 트림을 제공하는 역할을 합니다.이것은 항공기 엠펜니지, 특히 안정기의 일부입니다.

수직[3] 꼬리는 일반적으로 후면 동체 상단에 장착되며 수평 스태빌라이저는 동체 측면에 장착된다("기존 꼬리"라고 하는 구성).대신 T테일이나 트윈테일 등의 다른 설정이 사용될 수 있습니다.

수직 안정기는 르망 프로토타입 경주 등 모터스포츠에서 가끔 사용되어 왔습니다.

기능.

원칙

기존 항공기 꼬리 부분의 제어면

항공기의 수직 꼬리는 일반적으로 이동식 방향타가 장착된 고정 수직 안정기 또는 핀으로 구성됩니다.트림 탭도 마찬가지로 방향타에 장착할 수 있습니다.이 두 가지 역할은 요(Yaw) 방향의 트림을 가능하게 하고(추력 또는 항력의 비대칭성으로 인해 발생하는 요 모멘트를 보상), 항공기를 요(Yaw)로 제어할 수 있게 하며(예를 들어, 옆바람 착륙 시 측면 슬립을 시작함), 요(Weather cock 또는 방향 안정성)[4]의 안정성을 제공하는 것이다.

무게 중심에서 떨어진 위치가 클수록 수직 꼬리가 더 효과적일 수 있습니다.따라서, 짧은 항공기는 일반적으로 더 큰 수직 꼬리를 특징으로 한다. 예를 들어, 짧은 Airbus A318의 수직 꼬리는 A320 제품군의 긴 항공기보다 크다.

수직 꼬리의 효과는 효율성과 수직 꼬리 체적 계수[5](체적비라고도[6] 함)에 따라 좌우되며, 이는 주 날개의 치수와 함께 면적과 팔을 비차원화합니다.

(여기서 지수 v와 w는 각각 수직 꼬리 및 날개를 나타내고, S는 면적을 나타내며, L_w는 일반적으로 평균 공기역학 화음이다.)수직 꼬리 계수의 값은 항공기 유형에 따라 0.02(세일플레인)에서 0.09(제트 항공기 운송)[5] 사이의 극단값으로 약간만 다르다.

테일 효율은 테일에서의 동적 압력과 프리스트림에서의 동적 압력의 비율입니다.꼬리는 1의 효율로 프리 스트림에 담글 때 최대의 성능을 발휘합니다.웨이크에 부분적으로 담글 경우 웨이크의 동적 압력이 프리 스트림보다 낮기 때문에 효과가 감소합니다.특정 비행 조건에서 필요한 효과를 회복하기 위해 핀 높이를 증가시킬 필요가 있을 수 있습니다.파나비아 토네이도는 높은 [7]입사각도에서 방향 안정성을 위해 높은 지느러미를 가지고 있었다.

요에서의 트림 및 제어

방향 제어면은 방향 제어면이며, 일반적으로 핀 또는 수직 안정기에 힌지로 연결됩니다.조종사는 이를 움직이면 수직 축을 중심으로 요(Yaw)를 제어할 수 있습니다. 즉, 노즈가 가리키는 수평 방향을 변경할 수 있습니다.

최대 방향타 편향은 일반적으로 방향타 이동 제한 장치에 의해 제어됩니다.특정 비행 조건에서 도달 가능한 최대 방향타 각도를 블로 다운 한계라고 합니다.이는 방향타 공기역학적 힘과 작동 메커니즘의 기계적 [8]힘 사이의 균형을 나타냅니다.

다중 엔진 항공기, 특히 날개가 장착된 엔진은 크고 강력한 방향타를 가지고 있다.최대 중량 및 횡풍[9] 한계와 정상 이착륙 [10]시 횡풍 능력에서 엔진 고장 후 충분한 제어를 제공해야 한다.

활주 및 이륙 시작 시 항공기는 방향타 입력과 노즈휠 또는 테일휠 회전을 조합하여 조종한다.저속에서는 노즈휠 또는 테일휠이 제어 권한을 가장 많이 갖지만 속도가 증가함에 따라 방향타의 공기역학적 효과가 증가하여 방향타가 요 제어에 점점 더 중요해집니다.일부 항공기(주로 소형 항공기)에서는 이러한 메커니즘이 모두 방향타 페달에 의해 제어되므로 조종사와 차이가 없다.다른 항공기에서는 휠 스티어링을 제어하는 특수 틸러와 페달이 방향타를 제어하고 제한된 양의 휠 스티어링(일반적으로 5도의 노즈휠 스티어링)이 있습니다.이러한 항공기의 경우 조종사는 이륙 전 활주로에 정렬한 후 틸러 사용을 중지하고 착륙 후 활주로를 끄기 전에 틸러 사용을 시작하여 고속에서 민감한 틸러로 과도한 교정을 방지한다.또한 페달을 사용하여 턴을 [citation needed]부드럽게 유지하기 위해 틸러를 적용하기 전에 직선으로 주행하거나 턴 안/밖으로 유도할 수 있습니다.

컨트롤이 중립 위치에 있으면 평면이 한쪽으로 부드럽게 요동칠 수 있습니다.이는 종종 키 위에 장착된 별도의 트림 탭이나 때로는 키 자체를 통해 트림 표면의 설정을 통해 보정되어 요에 대항하고 평면이 [citation needed]직선으로 비행할 수 있도록 합니다.

트림 탭의 설정을 변경하면 제어면의 중립 또는 정지 위치(예: 엘리베이터 또는 방향타)가 조정됩니다.제어 표면의 원하는 위치가 변경되면(주로 다른 속도에 해당), 조정 가능한 트림 탭을 통해 작업자는 해당 위치를 유지하는 데 필요한 수동 힘을 0으로 줄일 수 있습니다(올바르게 사용할 경우).따라서 트림 탭은 서보 탭 역할을 합니다.트림탭의 압력중심이 제어면의 압력중심보다 제어면의 회전축에서 멀기 때문에 탭으로 발생하는 이동은 제어면에서 발생하는 이동과 일치할 수 있다.제어면과 트림면의 토크가 서로 [citation needed]균형을 이룰 때까지 제어면의 축 위치가 변경됩니다.

  • Movement caused by the use of rudder

    방향타 사용으로 인한 움직임

  • The rudder is controlled through rudder pedals on the bottom rear of the yoke in this photo of a Boeing 727 cockpit.

    이 보잉 727 조종석 사진에서 방향타는 요크의 아래쪽 뒤쪽에 있는 방향타 페달을 통해 제어된다.

  • Rudder and trim tab on a light aircraft

    경비행기의 방향타 및 트림 탭

  • The water rudders on this Cessna 208 Caravan floatplane are the small vertical surfaces on the rear end of each float. Their setting is controlled from the cockpit.

    이 Cessna 208 캐러밴 플로트플레인의 물 방향타는 각 플로트 후단의 작은 수직 표면입니다.그들의 설정은 조종석에서 제어된다.

요 안정성

수직 꼬리는 요 안정성에 결정적 역할을 하며, 항공기가 미끄러질 때 무게 중심을 중심으로 필요한 대부분의 복원 모멘트를 제공한다.요 안정성은 일반적으로 요 [6]각도에 대한 모멘트 계수의 미분을 사용하여 정량화된다.

수직 꼬리 위의 기류는 종종 항공기의 동체, 날개 및 엔진에 의해 크기와 [6]방향 모두에서 영향을 받는다.메인 윙과 수평 스태빌라이저는 심하게 스윕되면 요 안정성에 크게 기여할 수 있으며, 뒤로 스윕되는 날개는 요 안정성을 높이는 경향이 있습니다.그러나 기존 비행기의 날개와 수평 꼬리 부분의 스윕은 요의 비행기 [6]트림에 영향을 미치지 않습니다.

주 날개와 수평 꼬리 부분의 이면체도 정적 요 안정성에 작은 영향을 미칠 수 있습니다.이 효과는 복잡하고 날개 스윕 및 [6]동체 주위의 흐름 효과와 결합됩니다.

프로펠러는 특히 축이 자유류 속도에 대한 각도를 만들도록 전진할 때 [6]비행기의 정적 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다.

롤과의 결합

수직 꼬리 부분은 일반적으로 [1]항공기의 무게 중심 위에 위치하기 때문에 롤링 중인 항공기의 동작에 영향을 미칩니다.항공기가 오른쪽으로 미끄러지면 수직 꼬리 부분의 상대 바람과 측면 힘이 시계 반대 방향으로 회전하는 [6]모멘트로 변환됩니다.

초음속 비행

초음속 비행에서 수직 꼬리 부분은 안정성의 상실이 [11]더 이상 허용되지 않을 때까지 마하 수치가 증가함에 따라 점차적으로 덜 효과적입니다.각 사이드 슬립 각도(리프트-커브 경사)의 속도에 따라 꼬리에 의해 발생하는 리프트 또는 측면 힘이 감소하기 때문에 안정성이 감소한다.이는 아음속에 [12]비해 충격파와 팽창파가 있는 압력 분포가 매우 다르기 때문입니다.항공기의 최대 운용 속도에서 필요한 안정성을 달성하기 위해 북미 F-100 슈퍼 세이버와 같이 수직 꼬리 부분을 확장할 수 있다(초기 핀 면적 요건은 과소평가되었다).복부 핀(Vought F-8 Crusader의 고속, 최신 버전 등) 또는 접이식 윙팁(North American XB-70 Valkyrie 등)을 설치하여 추가 영역을 추가할 수 있습니다.더 큰 꼬리가 허용되지 않을 경우 자동 방향타 편향을 사용하여 꼬리 쪽 힘을 증가시키고 방향 안정성을 회복할 수 있습니다.이 방법은 Avro [13]Arrow에서 사용되었습니다.

수직 테일 정지

수직 꼬리는 때때로 앞쪽 베이스에 필렛이나 등지느러미를 가지고 있는데, 이것은 수직 표면의 정지 각도를 증가시키는데 도움을 주며, 이러한 방식으로 방향타 잠금 또는 방향타 반전이라고 불리는 현상을 방지한다.방향타 잠금은 수직 꼬리가 정지하면서 꺾인 방향타(예: 안정된 측면 미끄러짐)에 대한 힘이 갑자기 역전될 때 발생합니다.이로 인해 조종사가 키를 [14]최근 조정할 수 없게 되어 키가 완전히 꺾인 상태로 유지될 수 있습니다.등지느러미는 F-16과 [15]같은 1970년대에 개발된 전투기의 날개 스트라이크보다 앞서 1940년대에 더글러스 DC-4에 도입되었다.

  • A dorsal fin is visible at the base of the vertical tail of this Boeing 737-300

    보잉 737-300의 수직 꼬리 밑부분에 등지느러미가 보인다.

구조상의 고려 사항

대형 또는 빠른 항공기의 방향타와 지느러미는 각각 방향타 편향에 따라 증가하는 상당한 힘에 노출된다.극단적인 경우는 조종 비행에서 이탈하는 것으로 알려져 있는데, 이는 핀과 방향타의 맥락에서 과도한 측면 미끄러짐이다.대형 수송 항공기의 경우 회수에 필요한 안정화 모멘트는 방향타 편향에 대한 요건이 거의 없는 핀에서 나온다.이러한 항공기는 구조적 기능 상실을 방지하기 위해 필요한 구조적 중량이 항공기를 상업적으로 생존할 수 없게 만들기 때문에 이러한 상황에서[16] 거의 완전한 방향타 편향을 견딜 요건이 없다.아메리칸 에어라인 587편에서 조종사들이 매우 [17]큰 제트기의 뒤를 따라가는 동안 완전한 방향타를 사용했을 때 완전한 방향타 조립이 손실되었다.

보잉 B-52 스트래토포트리스 기종은 맑은 공기 난기류로 인해 핀과 방향타 조립체 전체가 고장났으며 조종사들은 착륙에 성공했다.돌풍과 기동 부하를 위해 계측된 B-52 폭격기는 34,000피트에서 [18]가장 높은 부하를 가진 설계 한계보다 훨씬 더 많은 맑은 공기 난류로부터의 돌풍을 기록했습니다.

English Electric Lightning T4 시제품 핀 고장은 고속 롤을 수행하는 동안 관성 롤 커플링에 의해 발생했습니다.지느러미가 확대되고 강화되며 롤 레이트 제한이 가해졌다.하지만 첫 번째 T5는 로켓 팩을 [19]연장한 상태에서 급속 롤링 테스트를 하는 동안 지느러미 고장도 났다.

라이트닝은 곡예비행 절차인 M 0.97 편대 비행 중 저공에서 근접한 항공기 간 상호작용으로 지느러미를 잃었다.편대 [19]시 항공기 간 분리를 포함한 제한이 부과되었다.

지느러미 버핏은 지느러미에 가해지는 파열 소용돌이에 의해 발생하는 변동 하중으로 지느러미 구조의 피로 수명이 줄어들기 때문에 쌍둥이 또는 단일 지느러미를 가진 전투기의 중요한 문제이다.유로파이터 타이푼의 단일 지느러미는 높은 공격 각도에서 카나드와 날개 앞쪽 가장자리에서 발생하는 소용돌이의 파열로 인한 뷔페 부하를 경험합니다.상단 장착 에어브레이크의 측면도 꺾일 때 지느러미에 충돌하는 소용돌이가 떨어집니다.에어브레이크 유효 공격각이 가장 클 때 확장 에어브레이크로부터의 버핏이 가장 높으며, 완전 확장 에어브레이크의 경우 낮은 항공기 공격각에서 그리고 기동 [20]시 가장 큽니다.McDonnell Douglas F/A-18 Hornet 트윈 핀은 꼬리 [21]앞쪽에 있는 LEX 소용돌이의 고장 또는 폭발로 인해 충격을 받을 수 있습니다.LEX 펜스를 추가하면 버핏이 현저하게 감소하고 지느러미 피로 수명이 [22]늘어납니다.

  • Black-and-white photo of a B-52 inflight with its vertical stabilizer sheared off

    B-52H(AF 서버).No. 61-0023)는 구조적 고장을 조사하기 위해 돌풍 하중을 측정하기 위해 계측되었으며, 1964년 1월 10일 심각한 난기류로 수직 안정기가 상실된 후에도 여전히 비행하고 있다.비행기는 [23]무사히 착륙했다.

  • F/A-18C showing LEX fence which reduces fin buffeting

    F/A-18C는 지느러미 버핏을 줄여주는 LEX 펜스를 보여줍니다.

  • Typhoon showing extended airbrake which causes significant fin buffet

    태풍에 의해 에어브레이크가 연장되어 상당한 핀 뷔페가 발생함

구성

모두 움직이는 테일핀

모두 움직이는 핀을 장착했지만 서비스에 들어가지 않은 항공기는 북미 F-107과[24] BAC TSR-2였다[25].

록히드 SR-71 블랙버드와 북미 X-15는 지느러미로 고정 스텁을 사용하고 나머지 높이로 방향타를 사용했다.엔진 출력 케이스에 대해 과도한 편향이 요구되어 허용할 수 없는 트림 [26]항력을 유발하기 때문에 기존의 방향타는 SR-71에 적합하지 않았을 것이다.X-15에 대해 제시된 초기 구성에서는 기존의 고정 핀과 트레일링 키, 그리고 복부 핀을 보여줍니다.이것은 등지느러미와 배지느러미로 바뀌었고, 각각 바깥쪽 절반은 [27]방향타 역할을 했다.

  • North American X-15 showing full-chord rudders on fixed dorsal and ventral stabilizers

    북미산 X-15로 등쪽과 배쪽의 고정 안정기에 있는 풀코드의 방향타를 나타낸다.

다중 꼬리날개

주요 기사 : 트윈테일, V테일

쌍꼬리 항공기는 두 개의 수직 안정기를 가지고 있다.많은 현대 전투기가 이 구성을 사용합니다.토인 또는 플레어아웃(McDonnell Douglas F/A-18[28] Hornet)을 통해 추가적인 종방향 제어를 위해 기어다운 구성에서 트윈 방향타를 사용할 수 있습니다.전용 에어브레이크가 [29]없어 속도 조절을 위해 차동 방향키를 사용하는 록히드 마틴 F-22 랩터의 경우처럼 트윈 방향타도 에어브레이크로 사용된다.

트윈 테일은 북미 B-25 미첼 중형 폭격기 또는 Avro 랭커스터와 같은 단일 동체에 부착된 H-tail, 트윈 핀/러더 구조 또는 북미 ROCK-Well-10과 같은 수평 안정기에 의해 각각 결합된 두 개의 개별 붐 구조로 후면 기체가 구성되는 트윈 붐 구조일 수 있다. Bronco 또는 Armstrong Whitworth AW.660 Argosy 수송기

트윈 테일의 변형인 트리플 테일은 세 개의 수직 안정기를 가지고 있습니다.제2차 세계대전 당시 아브로 맨체스터는 원래 쌍둥이 지느러미가 불충분하다는 것이 밝혀졌을 때 세 번째 지느러미를 받았다.록히드 콘스텔레이션은 비행기를 정비하기 위해 격납고에 들어갈 수 있도록 전체 높이를 낮게 유지하면서 필요한 수직 안정기 영역을 제공하기 위해 3개의 핀을 사용했다.

V-tail에는 뚜렷한 수직 또는 수평 안정기가 없습니다.오히려, 그것들은 피치와 요를 모두 제어하는 방향타라고 알려진 제어 표면으로 합쳐집니다.이 배열은 글자 V와 비슷하며 "나비 꼬리"라고도 알려져 있습니다.Beechcraft Bonanza 모델 35와 록히드 F-117 Nighthawk, Northrop YF-23이 이 구성을 사용합니다.

카나드 푸셔 구성의 Rutan VariEze 및 Rutan Long-EZ 윙렛으로 날개 끝 장치 및 수직 안정 장치 역할을 합니다.이러한 항공기 및 기타 유사한 항공기의 다른 파생 모델에는 이 설계 요소가 사용된다.

  • A Lockheed Constellation with a triple tail

    세 개의 꼬리가 달린 록히드 콘스텔레이션

  • The V-tail of a Belgian Air Force Fouga CM.170 Magister

    벨기에 공군 푸가 CM.170 마지스터의 V-테일

  • The Caproni Ca.3 was both twin boom and triple tail

    카프로니 Ca.3는 트윈붐과 트리플테일이었다.

  • Rutan Long-EZ

    루탄롱에즈

회전 꼬리

록히드 제트스타에는 특이한 십자형 디자인이 사용된다.세로 방향 트림의 경우 전체 테일 어셈블리가 핀 후방 [30][31]스파의 하단에서 부착 지점 주위에 10도씩 위아래로 회전합니다.

  • Lockheed Jetstar. Evidence of its pivoting fin can be seen in the diagonal line below the horizontal stabilizer

    록히드 제트스타.수평 스태빌라이저 아래의 대각선에서 피벗 핀의 흔적을 볼 수 있습니다.

보관을 위한 접이식

북미 A-5 자경단대의 세로 지느러미 윗부분은 격납고 높이 제한 때문에 옆으로 접혀 있다.

  • North American A-5 Vigilantes, one with folded fin

    북미 A-5 자경단원, 접힌 지느러미를 가진 자경단원

자동차용

1955년식 재규어 D타입이나 2013년식 람보르기니 베네노와 같은 자동차에는 세로형 꼬리와 유사한 장치가 사용되어 왔다.경주용 자동차의 주된 목적은 코너링이나 [citation needed]스핀 중에 극단적인 요 각도에 노출되었을 때 상승으로 인해 차량이 뒤집힐 수 있는 갑작스러운 고속 요 유도 블로오버를 줄이는 것입니다.2011년부터 수직 안정기는 새롭게 동종화된 모든 르망 프로토타입에 [32]의무화되었습니다.

일부 F1 팀은 후방 윙의 공기 흐름을 방해하는 방법으로 수직 안정기를 사용했는데, 가장 급진적인 시스템은 2010년식 맥라렌 MP4-25와 페라리 F10에 있는 "F-덕트"입니다.운전자의 요구에 따라 이 시스템은 수직 지느러미의 터널을 통해 차량 앞쪽에 있는 덕트에서 리어 윙으로 공기를 돌려 정지시키고 다운포스가 필요하지 [citation needed]않은 직선에서의 드래그를 줄입니다.이 시스템은 2011 F1 [citation needed]시즌 동안 금지되었다.

  • Ferrari F10 with vertical fin between air inlet and wing

    공기 흡입구와 날개 사이에 세로 핀이 있는 페라리 F10

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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