无尾飞机

在航空学中，无尾飞机是指除了主翼之外没有其他水平气动面的固定翼飞机。 此类设计仍可有机身、垂直尾翼（垂直安定面）和/或垂直方向舵，此外亦有无垂直尾翼的飞机设计。

无尾构型的理论优势包括低寄生阻力（如滑翔机）和良好的隐身性能（如B-2“幽灵”轰炸机）。缺点是对飞行控制系统的要求极高。

无尾飞行器的探索可追溯至1910年成功首飞的，是历史上首款具备稳定飞行能力的无尾飞机。在众多无尾构型中，无尾三角翼布局最为成功，尤其广泛应用于战斗机领域。

美国国家航空航天局（NASA）曾用“无尾”描述1997年首飞的，该机型虽配备鸭式前翼，但取消了垂直尾翼。

飞机配置
无尾飞机除主翼外没有其他水平气动面，其控制俯仰和滚转方向的气动控制及稳定功能均集成于主翼之中。此类机型仍可保留传统垂直尾翼（垂直安定面）及方向舵。

飞翼
飞翼是一种无独立机身结构的无尾布局设计，飞行员、发动机等设备全部或部分集成于机翼内部。

空气动力学
阻力特性
传统固定翼飞机的独立于主翼之外，这种附加气动面会产生额外阻力，尤其在高速度飞行时需配备更强动力发动机。若能够通过其他技术手段实现纵向（俯仰）稳定性与控制（详见下文），则可移除水平安定面，从而降低阻力。

纵向稳定性
无尾飞机没有独立水平安定面，这导致常规机翼的气动中心会位于飞机重心之前，从而产生俯仰不稳定性。设计者必须通过其他方式将气动中心后移以恢复。主要有两种实现途径，其中第一种由航空先驱开创。

通过将机翼前缘后掠（例如采用后掠翼或三角翼构型）并减小外翼段迎角，可使外翼段发挥类似传统水平尾翼的稳定作用。若沿外翼段翼展方向渐进实施上述设计，则称为“翼尖扭转”。邓恩通过赋予机翼上表面锥形曲率实现这一效果。平飞状态下，飞机需调整配平以使翼尖不产生升力——甚至可能需要提供微小的下压力。这虽会降低机翼的整体效率，但对多数设计（尤其高速机型）而言，其带来的阻力、重量及成本优势远超传统水平尾翼。但大翼展也会削弱机动性，这正是邓恩设计遭英国陆军否决的原因。

另一种方案是采用低俯仰力矩或零翼型，例如霍滕系列滑翔机与战斗机所呈现的设计。此类机型使用特殊翼型，其机翼后部或整体具有反曲或反向弧度。在反弯度设计中，机翼较平坦面位于上方，强弯曲面位于下方，因此前段呈现大迎角状态，后段则更趋水平且不产生升力，从而发挥类似水平尾翼或后掠翼翼尖扭转的作用。反弯度可通过在常规翼型上加装大型升降舵并显著上调配平模拟实现；同时重心必须前移至常规位置之前。根据伯努利效应，反弯度易产生微小下压力，故需增大机翼迎角以作补偿，进而引发额外阻力。此方法较后掠与翼尖扭转能提供更广泛的机翼平面形状选择，已衍生出平直翼乃至环形翼（如阿鲁普系列）设计。但大迎角固有的阻力问题通常被认为会导致设计效率低下，仅有少数量产机型（如与系列滑翔机）采用该方案。

更为简化的方案是通过将飞机主载荷显著下置于机翼下方来克服不稳定性，使重力作用促使飞行器维持水平姿态，从而抵消气动不稳定性——动力滑翔伞即采用此原理。然而实践中该措施鲜少能独立提供充分稳定性，通常需辅以前述气动技术。经典案例为悬挂式滑翔机，其采用与邓恩设计相同的后掠、翼尖扭转及锥形曲面构型。

稳定性亦可通过人工方式实现。稳定与机动之间存在权衡关系：高机动性需求对应低稳定性水平。部分现代高科技战斗机采用俯仰气动不稳定设计，依赖电传飞控计算机维持稳定性——诺斯罗普·格鲁曼公司的B-2“幽灵”轰炸机的飞翼即为典型案例。

俯仰控制
早期众多无尾设计因缺乏有效俯仰控制以补偿缺失的水平尾翼而失败。部分机型虽具备稳定性，却只能通过发动机推力调节高度；另一些机型在操控稍有不慎时便会出现剧烈且失控的俯仰摆动。这些缺陷使无尾布局背上了不稳定的恶名。直至喷气时代无尾三角翼构型的成功应用，这一污名才被广泛视为名不副实。

通常采用的解决方案是在机翼后缘配置大型升降舵和/或升降副翼。除非机翼采用大后掠角设计，否则这些控制面必须产生强大的操纵力——因其距气动中心距离较近，产生的力矩较小。因此，无尾机型在俯仰机动时可能面临较传统布局更高的阻力。在大后掠三角翼布局中，机翼后缘与气动中心距离显著增大，故无需增扩控制面。达索“幻影”无尾三角翼系列及其衍生型号曾是应用最广泛的战斗机之一。然而即便在“幻影”系列中，起降阶段大迎角状态下的俯仰控制仍具挑战性，部分后续型号因而加装了鸭翼面。

偏航稳定性
常规飞机的航向稳定性较差，需依靠垂直尾翼维持方向。副翼偏转时产生的反向偏航会阻碍转弯进程，亦需方向舵补偿修正。后掠翼虽在直线飞行中具备稳定性，但转弯时仍会出现反向偏航效应。解决方案之一是通过对机翼施加适当扭转，使外翼段下倾产生负升力——此举可逆转副翼的反向偏航作用，助力飞机进入转弯状态，从而无需配置垂直方向舵或差动阻力扰流板。

这种设计所形成的钟形升力分布已被证实可在给定重量条件下最小化诱导阻力（相较于针对给定翼展优化的椭圆分布）。

参考资料