Какова цель спинного плавника, такого как на Боинге 737?

«Расширение» спереди называется «спинной плавник». Его основная цель - улучшить курсовую устойчивость в ситуациях с большим боковым скольжением (асимметричный полет из-за отказа двигателя, посадки с боковым ветром и т. д.). Двойная стреловидность передней кромки вертикального стабилизатора помогает вертикальному стабилизатору быть эффективным в большем диапазоне углов бокового скольжения (большие поперечные углы атаки).

Стабилизатор представляет собой аэродинамический профиль, очень похожий на крыло. Величина подъемной силы (или, в данном случае, боковой силы), которую он создает, зависит от его угла атаки (AoA, или$\alpha$), или, в данном случае, угол бокового скольжения ($\beta$) что-то вроде этого:

Коэффициент подъемной силы ($C_L$) увеличивается с увеличением$\alpha$, пока не достигнет$C_{L_{MAX}}$. Этот угол называется$\alpha_{crit}$.

Как правило, чем больше стреловидность аэродинамического профиля, тем ниже его$C_{L_{MAX}}$, НО чем выше его$\alpha_{crit}$. Это означает, что не относящаяся к спинному плавнику часть стабилизатора (малая стреловидность) сможет генерировать свою$C_{L_{MAX}}$(боковой подъем) на более низком уровне$\beta$чем спинной плавник. Увеличение угла бокового скольжения за его пределы$\beta_{crit}$уменьшить величину боковой силы, которую он создает. Используя вторичный аэродинамический профиль (спинной плавник) с большим углом стреловидности (т.$\beta_{crit}$), чистой потери поперечной силы с повышенным боковым скольжением можно избежать или, по крайней мере, смягчить. Далее, на высоком$\alpha$,(или в данном случае с вертикальным стабилизатором$\beta$), дельта с большой стреловидностью будет генерировать вихрь, который будет следовать за верхней стороной поверхности вниз по потоку от нее, добавляя кинетическую энергию своему воздушному потоку, тем самым повышая его эффективность.

Текущая версия спинного плавника была добавлена ​​к Boeing 737 с Classic (-300 и далее), но дизайн не уникален для Boeing 737. Посмотрите, например, на Cessna 172 (Wikimedia Commons):

ATR 72 не имеет "выраженного" спинного киля, но все же хорошо видно, как изменяется стреловидность вертикального стабилизатора по его длине (Wikimedia Commons):

Или, по другую сторону спектра скоростей (Wikimedia Commons):

Вертикальное оперение стабилизирует самолет по оси рыскания. Фюзеляж нестабилен, поэтому необходимо добавить стабилизатор. Так как вертикаль имеет гораздо большее удлинение, чем фюзеляж, она глохнет первой . За пределами угла сваливания бокового скольжения вертикаль не сможет преодолеть все возрастающую неустойчивость фюзеляжа.

Чтобы исправить это, перед нижней частью вертикали было добавлено треугольное крыло большой стреловидности . Он не будет глохнуть, а будет продолжать увеличивать боковую нагрузку с более высокими углами бокового скольжения, тем самым стабилизируя весь самолет по рысканью, даже когда само вертикальное оперение заглохнет. Поскольку высокая стреловидность будет создавать вихрь при высоком боковом скольжении, это также поможет сделать нижнюю часть вертикали более эффективной.

Добавление удлинителя киля или ребра позволит сохранить устойчивость дрона при больших углах бокового скольжения.

Для самолетов, которые летают на высоких скоростях (близких или выше скорости звука), этот обвод помогает управлять площадью .

Когда аппарат приближается к скорости звука, характеристики воздуха изменяются, и изменение площади поперечного сечения по продольной оси становится важным фактором силы сопротивления. Сохранение этого как можно более плавного уменьшит сопротивление в трансзвуковом режиме.

Такой скос позволит уменьшить размер самого руля и выдвинуть большую часть своего объема вперед, а также сгладит переход к собственно рулю направления.