Аэродинамики всегда стараются сделать такой облик самолета, чтобы у него были самые лучшие характеристики - побольше подъемной силы да поменьше сопротивление. По этой причине всё ненужное и лишнее с его поверхности убирают, а нужное делают обтекаемым и гладеньким.
Теперь взгляните на хвост самолета. Вон как торчит в разные стороны. Разве он не создает аэродинамическое сопротивление? И зачем тогда он нужен?
Есть же вот такие самолеты:
И нету тут никакого хвоста. А конструкторы продолжают его на самолеты ставить. Значит, они что-то знают. Значит, он всё-таки нужен. Давайте разбираться, зачем.
Хвостовое оперение у самолета представлено вертикальным стабилизатором, который еще называется килем, и горизонтальным стабилизатором. Оперение может различаться взаимным расположением его составляющих (смотрим на самолетик спереди/сзади):
Здесь а, б и в - это схема с расположением киля по центру самолета (в плоскости его симметрии). Вариант в еще называется Т-образным оперением. При этом горизонтальное оперение может располагаться на любой высоте, в том числе и на фюзеляже.
Вариант г - это так называемое V-образное оперение. Интересно, с чего его так назвали?
А д - это схема с разнесенными килями на горизонтальном стабилизаторе. Иначе говоря, Н-образное.
Уже упоминалось в одной из статей (рекомендую к прочтению :) ), что у самолета есть рули. На киле и горизонтальном стабилизаторе они тоже присутствуют - руль направления на вертикальном и руль высоты на горизонтальном стабилизаторе.
И раз мы уж заговорили о рулях, то одним из назначений хвостового оперения является управление в продольном (с помощью руля высоты) и путевом (с помощью руля направления) каналах. Выглядит это примерно так (на примере продольного канала и гипертрофированного нарисованного самолетика):
Допустим, руль высоты отклонился вверх, изменив тем самым кривизну профиля стабилизатора. На него подействует приращение силы, направленное вниз. Поскольку стабилизатор и руль высоты находятся на удалении от центра тяжести, то возникнет момент, который и будет разворачивать самолет. На руле направления картина похожая, только в другой плоскости (самолет будет рулить носом влево-вправо). Добавлю, на рисунке со схемами расположения элементов оперения есть вариант г - V-образное оперение. Оно позволяет управлять самолетом как в продольном канале (если смотреть на самолет сбоку, то рули на обоих стабилизаторах будут отклоняться вверх-вниз), так и в путевом (если смотреть на самолет сверху, то рули будут отклоняться влево-вправо).
С одним назначением разобрались.
Есть еще одно назначение хвоста у самолета - балансировка - это что? Что-то связанное с колесами?
Нет, не связанное. Помимо маневрирования, самолет должен уметь летать и на каком-то одном режиме. Ярчайший пример - крейсерский полет с постоянной высотой и скоростью. Чтобы такое было возможно, необходимо уравновесить все моменты. Это можно сделать как с помощью руля высоты, так и переставного стабилизатора (это когда горизонтальное оперение отклоняется целиком, можно увидеть у больших гражданских и транспортных самолетов).
В полете момент от крыла действует на пикирование, то есть стремится опустить нос самолета. То есть, необходимо, чтобы момент от хвостового оперения стремился развернуть его в обратную сторону:
Вот так и летают.
Еще я чуть не забыл устойчивость. Конечно, это один из важнейших терминов! Хвостовое оперение обеспечивает устойчивость - способность самолета возвращаться в некое исходное положение при действии возмущений (например, ветра). Вот и разобрались с назначением.
Теперь надо перейти к ответу на вопрос, который задается прямо в названии статьи.
Вот самолет без хвоста, так называемое летающее крыло:
Ни киля, ни стабилизатора. Отлично, превосходная аэродинамика - весь самолет создает полезную подъемную силу! То есть, хвост все-таки не так и нужен? Не так быстро...
Что же с устойчивостью? А с ней все печально. Отсутствие отдельного вертикального стабилизатора является причиной того, что самолет будет раскачиваться носом влево-вправо. Без системы автоматизации управления летать на таком будет можно, но весьма сложно... Такие компоновки поэтому и не нашли широкого применения. А еще, у его рулей меньшее расстояние до центра масс, а значит и момент создать они смогут гораздо меньший.
Ну и ответ на самый главный вопрос - самолет может летать без хвоста. Но хвост все же нужен. Хвост хоть и немного портит аэродинамику, но без него тяжело.
Спасибо за внимание! Подписывайтесь, будет интересно :)