请教背推飞机推力线及尾翼布局问题

yqw2582003

最近在改装一架飞机，初步计划采用T尾(水平尾翼高置于垂直尾翼上面)加腰推(背推)这种布局，借用论坛上的一张图片，以便说明参照：

如图：关于推力线一般会选择推力线跟机身平行或者推力线过重心上面一点，也就是说有一定的下拉角，这种推力线应该居多，很多像冲浪者的滑翔机都是这种推力线。
那么问题来了：
         1、如果我也采用冲浪者这种推力线，有一定的下拉角度的话，螺旋桨的气流会打在高置的水平尾翼上(相当于升降舵向下打舵)，会不会反而飞机一个低头力矩？是不是这种布局不可行？
         2、 如果采用推力线跟机身水平(当然跟高置的水平尾翼也水平)的话，是不是就不会有这个问题？看了很多大型的滑翔机，比如DG-808滑翔机，还有蓝宇的TW-742-4好像都是采用电机高置，推力线跟机身轴线平行的布局，如图(图片均来自网络，非广告)：



总结一下：如果背推机型采用高置水平尾翼(T尾）的话，是不是推力线跟机身平行比较好？请教各位大神了。

snowynight

第一图是我多年前画的，现在看来有些毛病。简单说，不应该看所谓的机身重心在哪里，而是应该看升力点在哪里，因为飞机飞行时，可以看成是被机翼吊着（平飞、负迎角时）或者托着飞（正迎角时）。升力点是在机翼翼型最厚的一个区域内，注意是一个变动的区域，而非一个固定的点。推力线与这个区域形成力臂，进而影响到飞机的低头、仰头趋势和推力效率。推力线/拉力线尽可能与这一区域在同一水平线上，并且螺旋桨平面垂直于这一直线，即可得到最大的推力效率和最小的俯仰趋势。

遗落的忧伤

大展弦比和长尾力臂的滑翔机电机座加高后带来的低头力矩不是那么太明显，小的飘飘机倒是反应很明显。至于电机上翘对T尾的影响我觉得不用考虑，毕竟这是模型，而且螺旋桨推动产生的气流其实也是乱流，单纯的用几张图还是不能说明什么。

傻乎乎的猫

yqw2582003 发表于 2017-12-26 11:05
谢谢猫总的专业分析，综合大家的分析，得出一个共同的结论：推力在重心略偏上的地方通过应该没有问题，那 ...

海潮的动力位置在重心略偏前，不但没有下拉，还有显著的上拉。

yqw2582003

傻乎乎的猫 发表于 2017-12-26 10:09
这又是一个比较复杂的受力问题。

分析飞机受力的时候，需要考虑力矩的平衡，这里一般就取重心为参考点 ...

谢谢猫总的专业分析，综合大家的分析，得出一个共同的结论：推力在重心略偏上的地方通过应该没有问题，那就计划这么改装了。
另外，请问下猫总你家的海潮水机好像就是这种布局呢，海潮的推力线能否看出是否有下拉？

傻乎乎的猫

cartex 发表于 2017-12-25 19:24
楼主，你再仔细留意一下各家飞机的图片，那些背推的滑翔机航模，推力线是通过主翼的气动中心(附近)，而不是 ...

这又是一个比较复杂的受力问题。

分析飞机受力的时候，需要考虑力矩的平衡，这里一般就取重心为参考点。
为了简化问题，我们先假设机翼的升力力矩和平尾的配平力矩是平衡的。
高推力线，给飞机一个低头力矩；上单翼飞机的高阻力中心，也给飞机一个抬头力矩。匀速平飞状态的时候这两者实现了近似平衡。
然而飞行是动态的，当推力突然加大的时候，飞行速度还没增加也就是阻力还没变，所以这个平衡打破了，飞机就会有突然低头的现象，因此，拉力线一般尽量离重心不要太远。
随着推力的加大，飞行速度也会增加，机翼的压力重心会前移，飞机会有抬头的趋势。
拉力线的最终决定，要综合考虑上面的因素，大致来说，“在重心略偏上的地方通过”基本问题不大。

yqw2582003

wienne 发表于 2017-12-25 21:34
好贴，有问题、有思考。
如果你还有深入了解的兴趣，看看《模型飞机空气动力学》这本书。你的问题他都有解 ...

哈哈，谢谢朋友的热心推荐，真的要去多学习学习了

yqw2582003

生命之翼 发表于 2017-12-25 18:49
在这里纠正一个误区，对于滑翔类型，（是类型，不单指滑翔）现在市面上大多都采用T尾结构。的确T尾在结构上 ...

感谢朋友的热心解答，我也觉得T尾的上层气流干净、稳定，气动性能好，至于很多商家将电机高置应该也是出于无奈，有的带动力自助起飞的滑翔机机头装不了动力只有高置在背部，很多大型的专业滑翔机就是这种布局。看图片觉得那些电机高置的航模，其实应该也是有个下拉角，只不过角度比较小，可能看不出来。
下来后我也多测试下，初步决定采用下拉3-5度的角度测试下，再次感谢朋友的专业解答。

yqw2582003

cartex 发表于 2017-12-25 19:49
楼主你仔细留意一下大部分背推滑翔机的推力线的通过机翼的气动中心(机翼截面内)而不是你图上机身里的红点。 ...

谢谢朋友的热心解答，对我很有指导意义，下一步测试一下，谢谢

yqw2582003

BHLFan 发表于 2017-12-25 18:45
其实这个问题很多模友在心里都盘算过，但由于作用因素比较多，综合性稍强，恐怕很难获得一言以蔽之的答案 ...

谢谢朋友的热心解答，学习了不少

wienne

好贴，有问题、有思考。
如果你还有深入了解的兴趣，看看《模型飞机空气动力学》这本书。你的问题他都有解答。

cartex

楼主你仔细留意一下大部分背推滑翔机的推力线的通过机翼的气动中心(机翼截面内)而不是你图上机身里的红点。如果设计图如你上面的位置，那么红线再改平一些就差不多了。
T尾的好处是能有效避开主翼的湍流，机身机翼连接处的气流干扰。毕竟气流影响小了，可以设计得比常规布局再小一些。这样结构强度要求也就没这么大了。
至于背推螺旋桨产生的滑流对T尾的影响大小，还是建议通过实践来检验。再有T尾的位置可以设计出避开滑流。

*奇怪，我之前回的帖改个字结果就不见了*

cartex

楼主，你再仔细留意一下各家飞机的图片，那些背推的滑翔机航模，推力线是通过主翼的气动中心(附近)，而不是你图上机身里的点。如果你机翼像图示那样的话，红线再平一些就差不多了。另外T尾的好处是为了避开机翼和机身机翼连接处的湍流，附带的平尾还可以设计得比一般的常规布局的小一些（你看看大展弦比滑翔机的平尾，相对主翼都很小）。至于你螺旋桨气流会通过T尾的影响程度，实践出真理。

生命之翼

在这里纠正一个误区，对于滑翔类型，（是类型，不单指滑翔）现在市面上大多都采用T尾结构。的确T尾在结构上面不好处理，强度相对差，容易损坏。但是这是有气动意义的，不是为了好看。另外对于楼主的问题，我想说的是不管你选着哪一种都会有低头力矩，我们加下拉角的目的就是为了减小推力线与重心的力臂长度，虽然这样的尾流对平尾是有影响，但是影响并没有推力线的大（个人见解）。而商家把电机加高的原因有可能不是出于启动上面的考虑，有可能就是无法安装在机身上，所以会有一个加高装置，至于价高后推力限到底有没有下拉，楼主不能仅靠图片来判断，这样的样本没有可比性~

BHLFan

yqw2582003 发表于 2017-12-25 17:19
为什么没有人帮忙解答呀

其实这个问题很多模友在心里都盘算过，但由于作用因素比较多，综合性稍强，恐怕很难获得一言以蔽之的答案。举个例子，天行者或mini天行者，在正常操控下性能就很不错，其布局正好就是背推(略带下拉)和高置正T型平尾。我个人以为，对于大众模友而言，可靠的结论主要还是要在试飞中逐渐摸索，因为这才是最适合自己飞机的可以经过验证的有效途径。您问的问题我也争取找机会探索一下。欢迎交流！

BHLFan

雾海孤帆 发表于 2017-12-25 17:53
不明白为什么要把平尾放那么高？也没发现有什么好看啊？为了个性？
尾翼操作翼面都需要足够的刚性，把平尾 ...

我估计高置平尾主要是出于:(1)避开主翼所形成下洗涡流的影响;(2)高置貌似能够保护平尾(暂不提实际效果值不值);(3)审美独特/与众不同，这几点考虑吧。当然高置的“代价”也不小，因此为了折中，也有成品滑翔机选择了中置/半高置平尾的布局。
至于背推动力布局动力气流对整机动态安定性的影响，这还真是个有点复杂的综合性问题，需要给定很多先决条件才能有倾向性判断。有的时候就只能交给试飞去点滴摸索了。

BHLFan

傻乎乎的猫 发表于 2017-12-25 17:31
不是很确定，不过应该不是这么简单。

这个气流的情况很微妙，平尾位置高低一点就完全不同了，假如气流主 ...

同意，伯努利压差和冲击压差俩个效应都应该考虑

qywkkk

不懂别乱说

雾海孤帆

不明白为什么要把平尾放那么高？也没发现有什么好看啊？为了个性？
尾翼操作翼面都需要足够的刚性，把平尾放在垂尾顶端，垂尾就相当于一个力臂了，在水平尾翼受力时，会围绕机身尾部产生左右旋转运动，为克服这个就必须大幅加强垂尾结构刚性，相比于平尾直接安装在机身尾部，重量、稳定性全都得不偿失

傻乎乎的猫

不是很确定，不过应该不是这么简单。

这个气流的情况很微妙，平尾位置高低一点就完全不同了，假如气流主要吹往平尾下方，那么还有一个影响是，下方的气流平均速度会高于上方，而流体流速越高压强越小，于是……