二战时候飞机的单垂尾与双垂尾的选择是什么标准?
二战时期飞机设计中，垂尾的设计无论是单垂尾还是双垂尾，都涉及到空气动力学、结构强度、操纵性以及飞机的整体布局等多个方面。设计师们根据飞机的具体用途、性能需求以及当时的工业制造能力，来权衡利弊，做出选择。
单垂尾的优势与应用：
单垂尾是最为常见的布局形式，其优势主要体现在以下几个方面：
结构简单，重量轻： 相较于双垂尾，单垂尾的设计更直接，所需的零件更少，整体结构更轻巧。这对于追求高速度、高机动性或者航程的飞机来说尤为重要，因为减轻重量意味着更好的性能。
空气动力学阻力较小： 一个较大的垂尾虽然能提供更好的方向稳定性，但会带来一定的空气动力学阻力。相比之下，两个较小的垂尾可能总的阻力也不小，而且其布置方式也会影响气流，产生不确定性。单垂尾的“流线型”设计通常能带来更低的总体阻力。
制造和维护方便： 结构简单直接转化为制造和维护上的便利。无论是生产线上的装配，还是战时在简陋条件下的维修，单垂尾都更易于操作。
良好的方向稳定性： 对于大多数作战飞机，尤其是需要稳定俯仰和滚转的战斗机和轰炸机，一个设计得当的单垂尾能够提供足够的侧风稳定性和航向稳定性，保证飞机在各种姿态下的可控性。
单垂尾的代表性飞机：
喷火战斗机 (Supermarine Spitfire)： 这款英国的标志性战斗机就采用了经典的单垂尾设计。其优雅的机身线条和出色的格斗性能，很大程度上归功于其优秀的空气动力学设计，单垂尾在其中扮演了重要角色。
P51野马战斗机 (North American P51 Mustang)： 同样是二战时期最成功的战斗机之一，野马也采用了单垂尾。其卓越的航程和高速性能，与单垂尾的低阻力设计相辅相成。
B17空中堡垒 (Boeing B17 Flying Fortress)： 这款著名的重型轰炸机虽然体积庞大，但依旧选择了单垂尾。这表明即使是大型飞机，只要设计得当，单垂尾也能提供足够的稳定性，并且在整体重量和阻力控制上占有优势。
双垂尾的优势与应用：
双垂尾，通常出现在飞机的机翼尖端或者尾翼的两侧，其出现并非偶然，是为了解决某些特定问题而设计的：
解决尾梁涡流干扰： 在一些机身设计较长、尾翼结构相对分散的飞机上，比如一些早期的双引擎飞机或者特定布局的轰炸机，尾梁（连接机身和尾翼的梁状结构）在飞行时会产生较强的涡流。这些涡流如果干扰了单垂尾的正常气流，会降低垂尾的效率，甚至影响飞机的航向稳定性。将垂尾分散到尾翼的末端（形成双垂尾），可以避开这些强烈的尾梁涡流，使每个垂尾都能在相对干净的气流中工作，从而提高方向稳定性。
提高方向稳定性： 两个分散布置的垂尾，其有效展弦比和整体侧向面积可以比一个同等总面积的单垂尾更大。更大的侧向面积和更分散的布局能够提供更好的侧风抑制能力，使飞机在飞行过程中更加稳定。
降低水平尾翼的干扰： 在某些布局下，双垂尾还可以通过其产生的气流来“保护”水平尾翼，减少水平尾翼与机翼之间或者机身尾部产生的涡流对水平尾翼的负面影响，提升操纵的响应性。
特定布局需求： 有些飞机的整体设计或者发动机布局，使得双垂尾成为更自然的解决方案。例如，一些采用“吊舱式”发动机布局的飞机，其机身结构可能不支持一个大的中央垂直尾翼，而双垂尾可以安装在各自的吊舱或机翼末端。
双垂尾的代表性飞机：
B25米切尔轰炸机 (North American B25 Mitchell)： 这款中型轰炸机在早期设计中也曾出现过不同垂尾布局的尝试，但最终广泛采用的是双垂尾设计。其设计考量是为了在双引擎的干扰下保证稳定性和操纵性。
B24解放者轰炸机 (Consolidated B24 Liberator)： 虽然B24最显著的特征是其高性能的罐式机翼，但其采用的双垂尾布局也是为了应对其机身尺寸和整体气动布局带来的稳定性挑战。
选择标准总结：
回到最初的问题，二战时期飞机在单垂尾与双垂尾之间的选择，主要依据以下几个核心标准：
1. 空气动力学特性与稳定性需求：
侧风抑制： 飞机需要在各种天气条件下稳定飞行，尤其是在有侧风时。双垂尾分散的面积和更宽的基线通常能提供更强的侧风抑制能力。
方向稳定性： 飞机需要保持稳定的航向。这受到垂尾面积、形状以及与飞机整体气流的相互作用影响。
尾梁涡流影响： 如前所述，某些机身设计会产生不利于单垂尾的涡流，双垂尾可以规避这些影响。
2. 结构强度与重量考量：
结构设计： 单垂尾结构相对简单，更容易实现轻量化和强度设计。双垂尾需要同时支撑两个垂尾结构，可能在结构复杂度和重量上有所增加。
重心分布： 垂尾的位置也会影响飞机的重心和平衡，选择不同的垂尾布局会影响飞机的整体配平设计。
3. 操纵性与响应性：
舵效： 垂尾的操纵效果直接影响飞机的航向控制。设计师会根据飞机的速度和机动性需求来调整垂尾的设计和操纵方式。
气动耦合： 需要考虑垂尾与其他舵面（如副翼、升降舵）之间的气动耦合，以避免不必要的干扰。
4. 飞机用途与性能目标：
战斗机： 对机动性和高速性要求高，通常倾向于轻巧、低阻的单垂尾。
轰炸机： 对稳定性、载弹量和航程有更高要求，可能在权衡后选择双垂尾以获得更好的稳定性，尤其是在复杂气动环境中。
5. 制造工艺与成本：
生产效率： 简单的单垂尾设计更容易实现大规模、高效的生产。
维护便利性： 战时维护的便利性也是一个实际考虑因素。
总而言之，二战时期飞机设计师们在选择单垂尾还是双垂尾时，是一个系统工程的决策过程。设计师们会在初步的设计概念阶段，通过风洞试验、计算流体力学分析（尽管在当时不如现在发达）以及大量经验来评估不同布局的优劣，最终选择最适合该飞机项目目标和性能需求的方案。随着技术的发展，到了现代，飞机的垂尾设计趋向于更加多样化和复杂化，但二战时期奠定的这些基础原则依然是理解飞机气动设计的关键。
单垂尾的优势与应用：
单垂尾是最为常见的布局形式，其优势主要体现在以下几个方面：
结构简单，重量轻： 相较于双垂尾，单垂尾的设计更直接，所需的零件更少，整体结构更轻巧。这对于追求高速度、高机动性或者航程的飞机来说尤为重要，因为减轻重量意味着更好的性能。
空气动力学阻力较小： 一个较大的垂尾虽然能提供更好的方向稳定性，但会带来一定的空气动力学阻力。相比之下，两个较小的垂尾可能总的阻力也不小，而且其布置方式也会影响气流，产生不确定性。单垂尾的“流线型”设计通常能带来更低的总体阻力。
制造和维护方便： 结构简单直接转化为制造和维护上的便利。无论是生产线上的装配，还是战时在简陋条件下的维修，单垂尾都更易于操作。
良好的方向稳定性： 对于大多数作战飞机，尤其是需要稳定俯仰和滚转的战斗机和轰炸机，一个设计得当的单垂尾能够提供足够的侧风稳定性和航向稳定性，保证飞机在各种姿态下的可控性。
单垂尾的代表性飞机：
喷火战斗机 (Supermarine Spitfire)： 这款英国的标志性战斗机就采用了经典的单垂尾设计。其优雅的机身线条和出色的格斗性能，很大程度上归功于其优秀的空气动力学设计，单垂尾在其中扮演了重要角色。
P51野马战斗机 (North American P51 Mustang)： 同样是二战时期最成功的战斗机之一，野马也采用了单垂尾。其卓越的航程和高速性能，与单垂尾的低阻力设计相辅相成。
B17空中堡垒 (Boeing B17 Flying Fortress)： 这款著名的重型轰炸机虽然体积庞大，但依旧选择了单垂尾。这表明即使是大型飞机，只要设计得当，单垂尾也能提供足够的稳定性，并且在整体重量和阻力控制上占有优势。
双垂尾的优势与应用：
双垂尾，通常出现在飞机的机翼尖端或者尾翼的两侧，其出现并非偶然，是为了解决某些特定问题而设计的：
解决尾梁涡流干扰： 在一些机身设计较长、尾翼结构相对分散的飞机上，比如一些早期的双引擎飞机或者特定布局的轰炸机，尾梁（连接机身和尾翼的梁状结构）在飞行时会产生较强的涡流。这些涡流如果干扰了单垂尾的正常气流，会降低垂尾的效率，甚至影响飞机的航向稳定性。将垂尾分散到尾翼的末端（形成双垂尾），可以避开这些强烈的尾梁涡流，使每个垂尾都能在相对干净的气流中工作，从而提高方向稳定性。
提高方向稳定性： 两个分散布置的垂尾，其有效展弦比和整体侧向面积可以比一个同等总面积的单垂尾更大。更大的侧向面积和更分散的布局能够提供更好的侧风抑制能力，使飞机在飞行过程中更加稳定。
降低水平尾翼的干扰： 在某些布局下，双垂尾还可以通过其产生的气流来“保护”水平尾翼，减少水平尾翼与机翼之间或者机身尾部产生的涡流对水平尾翼的负面影响，提升操纵的响应性。
特定布局需求： 有些飞机的整体设计或者发动机布局，使得双垂尾成为更自然的解决方案。例如，一些采用“吊舱式”发动机布局的飞机，其机身结构可能不支持一个大的中央垂直尾翼，而双垂尾可以安装在各自的吊舱或机翼末端。
双垂尾的代表性飞机：
B25米切尔轰炸机 (North American B25 Mitchell)： 这款中型轰炸机在早期设计中也曾出现过不同垂尾布局的尝试，但最终广泛采用的是双垂尾设计。其设计考量是为了在双引擎的干扰下保证稳定性和操纵性。
B24解放者轰炸机 (Consolidated B24 Liberator)： 虽然B24最显著的特征是其高性能的罐式机翼，但其采用的双垂尾布局也是为了应对其机身尺寸和整体气动布局带来的稳定性挑战。
选择标准总结：
回到最初的问题，二战时期飞机在单垂尾与双垂尾之间的选择，主要依据以下几个核心标准：
1. 空气动力学特性与稳定性需求：
侧风抑制： 飞机需要在各种天气条件下稳定飞行，尤其是在有侧风时。双垂尾分散的面积和更宽的基线通常能提供更强的侧风抑制能力。
方向稳定性： 飞机需要保持稳定的航向。这受到垂尾面积、形状以及与飞机整体气流的相互作用影响。
尾梁涡流影响： 如前所述，某些机身设计会产生不利于单垂尾的涡流，双垂尾可以规避这些影响。
2. 结构强度与重量考量：
结构设计： 单垂尾结构相对简单，更容易实现轻量化和强度设计。双垂尾需要同时支撑两个垂尾结构，可能在结构复杂度和重量上有所增加。
重心分布： 垂尾的位置也会影响飞机的重心和平衡，选择不同的垂尾布局会影响飞机的整体配平设计。
3. 操纵性与响应性：
舵效： 垂尾的操纵效果直接影响飞机的航向控制。设计师会根据飞机的速度和机动性需求来调整垂尾的设计和操纵方式。
气动耦合： 需要考虑垂尾与其他舵面（如副翼、升降舵）之间的气动耦合，以避免不必要的干扰。
4. 飞机用途与性能目标：
战斗机： 对机动性和高速性要求高，通常倾向于轻巧、低阻的单垂尾。
轰炸机： 对稳定性、载弹量和航程有更高要求，可能在权衡后选择双垂尾以获得更好的稳定性，尤其是在复杂气动环境中。
5. 制造工艺与成本：
生产效率： 简单的单垂尾设计更容易实现大规模、高效的生产。
维护便利性： 战时维护的便利性也是一个实际考虑因素。
总而言之，二战时期飞机设计师们在选择单垂尾还是双垂尾时，是一个系统工程的决策过程。设计师们会在初步的设计概念阶段，通过风洞试验、计算流体力学分析（尽管在当时不如现在发达）以及大量经验来评估不同布局的优劣，最终选择最适合该飞机项目目标和性能需求的方案。随着技术的发展，到了现代，飞机的垂尾设计趋向于更加多样化和复杂化，但二战时期奠定的这些基础原则依然是理解飞机气动设计的关键。
网友意见
单个够用就单，不够用就俩。
还有就是如果单个够用但是太大的话就拆成俩。
还不够的就再多……
Grumman OV-1，仨垂尾……当然这个不是二战的……
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