Почему горизонтальный стабилизатор DC-10 имеет такой ярко выраженный поперечный угол?

В общем смысле, существует множество причин, по которым горизонтальный стабилизатор имеет двугранный/ангедральный вид.

• Очистить хвост от потока вниз/пропвоша. Хорошим примером является Cessna 425 , которая была разработана на основе Cessna 421 . У 421 был прямой горизонтальный стабилизатор. Однако с добавлением двугранного угла хвост не попадает в брызги, что улучшает ходовые качества. Из отчета со ссылкой на инженеров Cessna :

Инженеры Cessna говорят, что поперечное сечение улучшает характеристики голландского крена и выводит большую часть хвостовой части из зоны омывания винта, обеспечивая тем самым более плавный ход.

У Dassault Falcon 50 был угловой угол, чтобы очистить хвост от струи крыла вниз. Другим хорошим примером этого является F-4 Phantom. Прототипы имели прямой хвост. Тем не менее, кренообразное хвостовое оперение было принято для того, чтобы не допускать его попадания на него возмущенного воздуха от крыла на больших углах атаки, и в то же время не допускать попадания на него выхлопных газов двигателя.

По той же причине объясняется ксеноэдр в BAE Hawk. Из «Истории ястреба» :

Эта модель дала первые признаки проблем с высокой скоростью из-за помех между высоким воздухозаборником и низким крылом, а также положения хвостового оперения.

Это привело к принятию низкого воздухозаборника .... Задняя часть фюзеляжа была изогнута вниз, чтобы опустить хвостовое оперение, и для той же цели хвостовое оперение получило выраженный угол наклона.

• Стабильность. Двугранный/ангедральный угол в стабилизаторах влияет на устойчивость самолета. Короче говоря, для обычного хвостового оперения угловой угол улучшает устойчивость самолета по рысканию, одновременно снижая устойчивость по тангажу (немного), в то время как двугранный угол уменьшает вклад хвоста как в устойчивость по тангажу, так и в устойчивость по рысканию.

  Однако использование двугранного угла в горизонтальном оперении влияет на статическую устойчивость по крену так же, как и двугранный угол в крыле. Двугранный угол влияет на реакцию по крену так же, как и на крыло, - он заставляет подъемную силу правого и левого полупролетов по-разному реагировать на поток вниз.

  Хорошим примером этого является Vickers Viscount , имевший двугранный горизонтальный стабилизатор, улучшавший его остойчивость.

  Из-за этого конструктору лучше добавить к горизонтальному оперению двугранный угол, а не крыло, особенно если проблемы будут обнаружены на более поздних этапах проектирования, поскольку влияние будет меньше.

Из книги Roskam's Aircraft Design Vol III, Chapter 5.1:

В общей поперечной устойчивости обычно преобладает внутренняя поперечная устойчивость, заложенная в крыле. Стреловидность крыла, двугранный угол и расположение (крыла) на фюзеляже определяют величину и знак производной остойчивости. Поскольку крыло спроектировано с учетом характеристик и эксплуатационных соображений, хвостовое оперение часто используется для точной настройки поперечной устойчивости самолета . Примеры включают F-4 и AV-8B.

Следует отметить, что, как и в случае любых других конструктивных соображений, поперечный угол горизонтального стабилизатора зависит от сделанного выбора конструкции и требуемых рабочих характеристик; в результате требуемая конфигурация будет меняться от самолета к самолету.

В случае с DC-10 основная причина, по-видимому, заключается в том, чтобы не допустить влияния стабилизатора на крыло, особенно при использовании закрылков с высоким положением. По-видимому, используется более выраженный поперечный угол (по сравнению, скажем, с Boeing 737), поскольку стабилизатор установлен ниже из-за наличия двигателя в хвостовой части.

Большинство авиалайнеров с низким горизонтальным хвостовым оперением имеют двугранное оперение по двум причинам:

1. Поднять горизонтальную поверхность над следом крыла.
2. Поднять стреловидный хвост над землей, чтобы он не повредился при ударе хвостом . Обратите внимание, что хвостовая часть находится примерно горизонтально в положении удара хвостовой части, чтобы иметь достаточный зазор для полного отклонения руля высоты вниз.

Удар хвостом Boeing 747-400 ( источник фото )

При достаточном угле атаки стреловидное хвостовое оперение без двугранного сечения сначала коснется земли законцовками ( источник изображения ) .

В Т-образном хвосте не существует обеих причин, поэтому Т-образный хвост в большинстве случаев прямой. Заметным исключением будет Handley-Page Victor , где на поздних этапах проектирования был добавлен заметный двугранный угол, чтобы увеличить выступающую боковую площадь хвостовой части. Спасибо @ymb1 за нахождение этой статьи с подробным описанием Victor.

Вертикальная площадь изначально всегда слишком мала, просто посмотрите на рост хвоста у BAC Lightning. Интересно, что в статье написано, что вертикаль на "Викторе" укоротили после летных испытаний. Это крайне редкое явление.

Хэндли-Пейдж Виктор ( источник изображения )

Горизонтальное оперение имеет ярко выраженный двугранный угол почти во всех местах низкого оперения. Два основных фактора:

• Подъем хвостового оперения из зоны истечения реактивной струи. Размещение основания стабилизатора является конструктивно оптимальным, когда в середине фюзеляжа двугранный угол может затем поднять поверхность из истечения потока. Если задний конус фюзеляжа уже приподнят, потребность в поперечных углах хвостового оперения меньше.
• Уменьшение внезапных кильватерных следов основного крыла: с ярко выраженным двугранным углом часть хвостового оперения всегда выступает в менее затронутую обтекаемую форму.

Обратите внимание, что стабилизирующий момент крена от двугранного хвостового оперения должен передаваться через фюзеляж: разница крутящих моментов между основным крылом и хвостовым оперением хочет скрутить фюзеляж, как мокрую тряпку. Не очень важно для структурных нагрузок, но предел текучести может вызвать проблемы с прокладкой троса управления полетом. Менее всего этому подвержены широкофюзеляжные самолеты.