Почему F/A-18 и F-22 Raptor имеют горизонтальный стабилизатор, а также наклонные рули для управления по тангажу?

Рули направления на современных истребителях наклонены в основном для уменьшения их радиолокационного сечения . Прямой вертикальный хвост создает угловой отражатель в сочетании с фюзеляжем или крылом и отправляет радиолокационные волны прямо к их источнику. Чтобы уменьшить радиус обнаружения, необходимо избегать такого поведения. Первым самолетом, использовавшим этот трюк, был SR-71.

На F-18 дополнительная причина заключалась в том, чтобы переместить законцовки вертикального оперения в боковое положение вихря в скуле: большое удлинение передней кромки крыла создает сильный вихрь на больших углах атаки, что повышает эффективность оперения и дает лучший контроль рыскания. Однако разрыв вихря мог вызвать сильные удары, и требовалось дополнительное исправление для увеличения усталостной долговечности хвостовиков.

Горизонтальное оперение необходимо для управления тангажем и балансировки моментов закрылков в посадочной конфигурации. Просто взгляните на участие Boeing в конкурсе JSF : X-32 изначально планировался как треугольный самолет только с вертикальным хвостовым оперением, но когда ВМС усовершенствовали свои требования к эксплуатации авианосца, Boeing пришлось добавить обычное горизонтальное оперение для достижения требуемого угла атаки. и минимальная скорость.

Boeing X-32 (слева, источник ) и планируемая серийная версия (справа, источник ) с добавленным горизонтальным оперением. F-117 был самолетом ВВС с очень ограниченной маневренностью, поэтому он мог обойтись бесхвостой конструкцией. Настоящие истребители и самолеты-носители не могут.

Придание хвосту горизонтального поперечного угла снижает его эффективность двумя способами:

1. Изменения угла атаки из-за изменения высоты тона уменьшаются на косинус двугранного угла, и
2. вертикальная составляющая аэродинамической силы также уменьшается на косинус двугранного угла.

Обратите внимание, что сопротивление V-образного оперения зависит от создаваемой общей подъемной силы независимо от его направления. Только горизонтальная составляющая эффективна для управления тангажем, поэтому V-образное хвостовое оперение с крутым углом очень неэффективно для управления тангажем. В воздушном бою высокое лобовое сопротивление снижает характеристики, когда это необходимо больше всего.

Это совершенно разные самолеты, созданные для разных требований и предназначенные для выполнения совершенно разных функций.

Большие хвосты хороши для авторитета по тангажу и высокого альфа, которые хороши для маневрирования и воздушного боя, но не очень важны для миссий F-117.

F-117 был средневысотным тактическим бомбардировщиком , который всю свою жизнь таскал с собой пару больших 2000-фунтовых бомб. От него не ожидалось танго с истребителями противника, поэтому маневренность была менее важна, отсюда небольшой хвост и очень скромное отношение Т/В. Скрытность поддерживала его жизнь, а не причудливая работа ног.

Классический Hornet (и впоследствии Super Hornet) — это многоцелевой истребитель , предназначенный для защиты флота, SEAD, перехвата, разведки и, конечно же, CAS. Он был создан для очень хорошей управляемости на малых скоростях и с высоким углом атаки. Скорость тангажа и наведение на нос очень хорошие --- он легко развернется внутри F-16, хотя и ненадолго (скорость поворота против радиуса поворота). Управляемость на малых скоростях также имеет решающее значение для посадки на авианосцы. Вот почему ему нужны большие хвосты

Raptor — истребитель завоевания превосходства в воздухе (с некоторыми многоцелевыми возможностями). Его работа идет лицом к лицу с кем-либо еще в воздухе. Таким образом, все классические параметры производительности имеют значение: T/W, ускорение, максимальная скорость, скороподъемность, скорость поворота и радиус поворота. Он превзойдет Hornet (мгновенный и продолжительный) и превзойдет F-16, несмотря на то, что он вдвое тяжелее обоих. Большие хвосты здесь еще важнее для контроля, особенно на очень больших высотах, на которых может летать F-22.

Другими словами, Raptor и Hornet должны быть достаточно маневренными, а F-117 — нет.

Вот Super Hornet дает небольшое представление. Посмотрите, как он дергает носом в 4:35 и 5:00.

Философия конструкции F-117 отличалась от философии F-22 (или F-18, который не задумывался как самолет-невидимка). Основным конструктивным фактором F-117 (фактически, практически единственным) было снижение ЭПР, в результате чего получилась явно неаэродинамическая конструкция. Включение отдельных горизонтальных стабилизаторов снизило бы эффективность конструкции. В F-117 вместо горизонтального стабилизатора использовались четыре элевона (комбинация элеронов и рулей высоты) из-за их расположения далеко в задней части фюзеляжа. При разработке F-117 никогда не рассматривались горизонтальные стабилизаторы.

С другой стороны, F-22 был сверхзвуковым боевым самолетом с высокими характеристиками, для маневренности которого требовались горизонтальные стабилизаторы (это сверхманевренный истребитель, использующий вектор тяги). В отсутствие горизонтального стабилизатора F-22 или F-18 было бы очень трудно достичь своих целей, особенно для авианосца F-18.

На самом деле существовал вариант F-117 с горизонтальным стабилизатором — незавершенный A/F-117X, который, как предполагалось, должен был стать многоцелевым самолетом (в отличие от F-117, который едва ли мог делать что-то еще). чем лобовые бомбы). Одна из основных причин, по которой в этой конструкции был горизонтальный стабилизатор, заключалась в том, что F-117 имел довольно высокие скорости захода на посадку, поскольку элевоны не складывались в качестве закрылков. Переработанное хвостовое оперение имело горизонтальные стабилизаторы, аналогичные F-22, которые использовались для уменьшения скорости снижения и контроля угла сближения, что было невозможно с исходным F-117.

На F-18 рули высоты не создают достаточную для взлета направленную вниз силу. Необходимую дополнительную силу обеспечивают рули направления. В этом видео видно:

Обратите внимание, что при взлете оба руля направлены внутрь. Ясно, что если рули высоты не обеспечивают достаточного управления по тангажу, то и рули направления не смогут этого сделать.