V-tail vs T-tail vs X-tail

Με αφορμή την πρόσφατη συζήτηση σχετικά με τα πλεονεκτήματα / μειονεκτήματα των διαφόρων ουραίων συστημάτων, σκέφτηκα να ανατρέξω στην δικτυακή βιβλιογραφία και να συγκεντρώσω σε ένα περιληπτικό άρθρο τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των V-Tail, T-Tail και Cross-tail.
Η βιβλιογραφία αναφέρεται στα πραγματικά αεροσκάφη.
Οι φωτογραφίες που χρησιμοποιούνται προέρχονται από το διαδίκτυο (με direct links) και το copyright ανήκει στους αντίστοιχους φωτογράφους.

Για τα μοντέλα και ιδιαίτερα τα τ/κ ανεμόπτερα υπάρχει ένα πολύ καλό άρθρο του Π. Σοφού στο petame: http://www.petame.gr/forumv/showpost.php?p=29289&postcount=11

V-tail
Παραδείγματα αεροσκαφών με V-tail
Beechcraft Bonanza Model 35

Fouga Magister

Cirrus jet

Schempp-Hirth SHK glider

Πλεονεκτήματα
Στη θεωρία, έχει λιγότερες επιφάνειες από τις συμβατικές ουρές και έτσι παράγει μικρότερη οπισθέλκουσα.Στην πράξη όμως, για να επιτύχει κανείς την ίδια απόδοση και σταθερότητα όπως με μια συμβατική ουρά χρειάζεται να μεγαλώσει τις επιφάνειες του V-tail. Το αποτέλεσμα είναι να μην υπάρχει στην πράξη κάποιο κέρδος σε σχέση με τη συμβατική σχεδίαση.

Σε σύγχρονα πολιτικά αεροσκάφη με κινητήρες jet (όπως π.χ. το Cirrus Jet) όπου ο κινητήρας βρίσκεται έξω από την άτρακτο, η χρήση V-tail είναι επιβεβλημένη γιατί αφενός το κάθετο σταθερό θα εμπόδιζε την ροή των αερίων προώθησης (μειώνοντας την ώση) και αφετέρου η έκθεσή του στα θερμά αέρια θα οδηγήσει σε φθορά του υλικού του.

Μειονεκτήματα
Στα πραγματικά αεροσκάφη η μείξη που απαιτείται για τον έλεγχο του V-tail είναι αρκετά πολύπλοκη. Στα τηλεκατευθυνόμενα αερομοντέλα η μείξη είναι ευκολότερη με τη χρήση των σύγχρονων πομπών. Ωστόσο η βέλτιστη ρύθμιση είναι σαφώς δυσκολότερη σε σύγκριση με τις συμβατικές ουρές.

Επίσης το V-tail εξασκεί μεγαλύτερες δυνάμεις στην άτρακτο κατά τη στροφή και/ή την αλλάγή του pitch με αποτέλεσμα να απαιτείται ενίσχυση του πίσω μέρους της ατράκτου (και αντίστοιχη αύξηση του βάρους). Αυτό είχε δημιουργήσει και αρκετά προβλήματα που οδήγησαν στην καθήλωση των πρώτων Beechcraft Bonanza μέχρι την δομική επανασχεδίαση της ατράκτου τους.

Σε ακροβατικά αεροσκάφη είναι δυσκολότερη η σωστή εκτέλεση ακροβατικών που απαιτούν χρήση του rudder, λόγω του ότι σε ένα v-tail το rudder λειτουργεί (ελαφρά) και σαν πηδάλιο κλίσης.

Βιβλιογραφία
Simple Aerodynamics Of The V-Tail, "Flying the Beech Bonanza", Eckalbar, John C., McCormick-Armstrong Co, Incorporated (http://www.beechcraft.org/vtail/eckalbar/rudder.html)
Wikipedia (http://www.beechcraft.org/vtail/eckalbar/rudder.html)

T-tail
Παραδείγματα αεροσκαφών με T-tail
Avro RJ-85

Grob G109b Motor Glider

Schempp-Hirth Duo Discus

Πλεονεκτήματα
Οι ουραίες επιφάνειες παραμένουν έξω από τους στροβιλισμούς που δημιουργούνται από τις πτέρυγες και βρίσκονται μέσα σε ομαλότερη ροή αέρα. Ετσι τα ουριαία πτερύγια/πηδάλια δουλέυουν σε πιο προβλέψιμο περιβάλλον δίνοντας καλύτερο έλεγχο κυρίως ύψους/βάθους (elevator). Αυτό είναι πολύ σημαντικό σε αεροσκάφη που πετούν με χαμηλές ταχύτητες.

Το T-tail επιτρέπει τη χρήση αεροδυναμικής υψηλών επιδόσεων και επειδή όλο το ουραίο βρίσκεται σε «καθαρό» ρεύμα αέρα διευκολύνει την βελτιστοποίηση του λόγου κατολίθησης (glide ratio). Γι’ αυτό και η χρήση T-tail είναι πολύ διαδεδομένη στα σύγχρονα ανεμόπτερα.
Η απόσταση ανάμεσα στο κέντρο βάρους (ή σωστότερα Κέντρο Πίεσης) είναι μεγαλύτερη κι έτσι δημιουργείται καλύτερος μοχλός για τον έλεγχο ύψους/βάθους. Ετσι το οριζόντιο σταθερό και το πηδάλικο Υ/Β μπορεί να γίνει μικρότερο και να έχει μικρότερες κινήσεις (άρα και μικρότερη οπισθέλκουσα)

Μειονεκτήματα
Το αεροσκάφος σε περίπτωση πολύ έντονης απώλειας στήριξης (deep stall) μπορεί να χάσει τελείως τον έλεγχο του ύψους/βάθους, γιατί τα φτερά «κόβουν» τελείως το ρεύμα αέρα γύρω από το ουριαίο σε μεγάλες γωνίες προσβολής. Το φαινόμενο αυτό ταλαιπώρησε ιδίατερα το F-101 Voodoo. Για παρόμοιο λόγο τα αεροσκάφη με T-tail δύσκολα βγαίνουν από ένα spin.

Το κάθετο σταθερό πρέπει να γίνει σημαντικά δυνατότερο για να μπορέσει να στηρίξει το οριζόντιο σταθερό και τις ροπές που αυτό δημιουργεί. Αυτό σημαίνει μεγαλύτερο βάρος (και μάλιστα στο πίσω μέρος, που είναι πιο δύσκολο να εξισορροπηθεί) και ενδεχομένως μεγαλύτερη οπισθέλκουσα (γιατί το κάθετο σταθερό γίνεται παχύτερο – τουλάχιστον στα αερομοντέλα)

Ένα ενδιαφέρον μειονέκτημα (άσχετο με τα αερομοντέλα όμως) είναι το ότι στα πρώτα F-104 Starfighter (μαχητικό υψηλών ταχυτήτων με T-tail) το εκτινασσόμενο κάθισμα «έφευγε» προς τα κάτω γιατί δεν ήταν σίγουρο ότι θα προλάβαινε να αποφύγει την ουρά. Αργότερα, όταν τα εκτινασσόμενα βελτιώθηκαν, τα F-104 εξοπλίστηκαν με «κανονικά» καθίσματα που εκτινάσσονταν προς τα πάνω.

Βιβλιογραφία
Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/T-tail)
Gloster Javelin (http://www.thunder-and-lightnings.co.uk/javelin/history.php)

Cruciform tail ή Cross-tail
Μια βελτίωση του T-tail είναι το Cruciform-tail ή Cross-tail, όπου το οριζόντιο σταθερό τοποθετείται στη μέση του κάθετου σταθερού ώστε να δημιουργείται ένας σταυρός (απ’ όπου προέρχεται και η ονομασία του).

Το πλεονέκτημά του είναι ότι κρατάει το οριζόντιο σταθερό έξω από τις δίνες που δημιουργούν η πτέρυγες και/ή οι κινητήρες, χωρίς να απαιτείται σημαντική ενίσχυση στο κάθετο σταθερό

Παραδείγματα αεροσκαφών με Cross-tail
BAE Jetstream 31

Consolidated PBY Catalina

Sud SE-210 Caravelle 12

F-84 Thunderjet

Mig-15

Βιβλιογραφία
Wikipedia (http://en.wikipedia.org/wiki/Cruciform_tail)

Βαγγέλης