整机3D透视图——机翼（NACA 4415，2.0m×0.3m）+ 水平尾翼（NACA 0012，0.6m×0.18m）+ 双垂尾（NACA 0012，0.3m×0.18m×2片），H型尾翼布局完整呈现，三翼面共858个VLM面板

一、回顾：双垂尾布局已完成

上一篇文章中，我们在XFLR5中完成了双垂尾的定义——在水平尾翼两端各放一个NACA 0012垂翼（0.3m×0.18m），形成H型尾翼布局。整机三翼面（机翼+水平尾翼+双垂翼）共858个VLM面板，垂尾容积系数V_v=0.077。

布局定义好了，但还不知道这个双垂尾到底够不够用——能不能在侧风扰动下把机头拉回来？这就需要运行带侧滑角的分析，用Cn-Beta曲线来验证。

二、航向稳定性：飞机的"风向标"能力

航向稳定性是指飞机受到侧向扰动（侧风）时，能自动把机头转回原方向的能力。就像风向标的箭头总是对着风来的方向——飞机也应该自动把机头转回飞行方向。

物理过程：

• 侧风把机头吹偏 → 出现侧滑角β → 垂直尾翼产生侧向力 → 产生偏航力矩Cn → 机头转回来
• 判断标准：Cn-Beta曲线斜率为正 = 航向稳定
• Cn是偏航力矩系数，Beta是侧滑角（飞机纵轴与飞行方向的夹角）

三、Type 5分析定义：扫描侧滑角

之前的分析都是扫描迎角Alpha，这次需要扫描侧滑角Beta。在XFLR5的Analysis Definition对话框中，选择Type 5 (Beta range)——这是专门用于侧滑角扫描的分析类型。

图1：Analysis Definition — Polar Type标签页：选择Type 5 (Beta range)，V∞=10 m/s，Alpha锁定在3.00°（巡航迎角），自动命名T5-a3.0°-10.0m/s-VLM2

Type 5与之前分析类型的区别：

关键设置：

• V∞ = 10 m/s — 和所有之前分析一致
• Alpha = 3°（固定）— 锁定在巡航迎角，只让Beta变化
• Method = VLM2 (Ring vortex) + Viscous — 和之前一致
• Use plane inertia — Mass=1.000kg, X_CoG=0.090m

四、设置Beta扫描范围

保存分析定义后，在Plane Analysis面板中设置Beta的扫描范围：

图2：Plane Analysis面板——Sequence勾选（批量扫描），Beta: Start=-5°, End=5°, Delta=0.5°，共21个计算点，Store OpPoint勾选（保存每个 Operating Point）

点击Analyze按钮运行分析，858个面板的VLM2计算在几十秒内完成。

五、Cn-Beta曲线：航向稳定性的直接证据

分析完成后，按F8切换到Polar View，选中T5-a3.0°-10.0m/s-VLM2分析对象，右键设置图表：X轴选Beta，Y轴选Cn（偏航力矩系数）。

图3：Cn-Beta曲线——横轴为侧滑角β（-5°~+5°），纵轴为偏航力矩系数Cn。曲线从左下到右上（正斜率），通过原点(0,0)，确认飞机航向稳定

判断标准：Cn-Beta曲线斜率为正 = 航向稳定。

物理意义解读：

• 正侧滑角β（侧风把机头吹向左）→ Cn为正（正偏航力矩，机头向右转）→ 机头转回原方向 → 自动恢复
• 负侧滑角β（侧风把机头吹向右）→ Cn为负（负偏航力矩，机头向左转）→ 机头转回原方向 → 自动恢复
• 这就是双垂尾的作用——不管侧风从哪边来，垂翼都能产生恢复偏航力矩，把机头拉回来

从曲线可以读取：

曲线斜率Cn_β约为 +0.003/°，正值确认了双垂尾提供了充足的航向恢复力矩。对于需要频繁侧风起降的载运飞机来说，这个裕度是足够的。

六、Cl-Beta曲线：上反效应验证

除了航向稳定性，侧滑角还会引起滚转——这就是上反效应（Dihedral Effect）。将Y轴从Cn改为Cl（滚转力矩系数，注意是小写l，不是升力系数CL），查看Cl-Beta曲线。

图4：Cl-Beta曲线——横轴为侧滑角β（-5°~+5°），纵轴为滚转力矩系数Cl。曲线从左上到右下（负斜率），通过原点(0,0)，确认飞机具备上反效应

判断标准：Cl-Beta曲线斜率为负 = 有上反效应（滚转稳定）。

物理意义解读：

• 正侧滑角β（风从右侧来）→ Cl为负（负滚转力矩，向左滚转）→ 把飞机扶正 → 自动恢复
• 负侧滑角β（风从左侧来）→ Cl为正（正滚转力矩，向右滚转）→ 把飞机扶正 → 自动恢复
• 我们的机翼没有几何上反角，但双垂尾在水平尾翼端部产生了端板效应，贡献了一定的滚转稳定性

Cl-Beta斜率约为 -0.00024/°，负值确认了上反效应存在。虽然数值不大（因为机翼没有几何上反角），但双垂尾的端板效应提供了一定的滚转恢复能力。

七、三轴稳定性总结

至此，飞机的三个旋转轴稳定性全部验证完成：

八、下一步

三轴稳定性验证完成，气动布局设计阶段告一段落。接下来的工作方向：

• 操纵面定义：在机翼上定义副翼（Aileron），在水平尾翼上定义升降舵（Elevator），在垂尾上定义方向舵（Rudder）
• 操纵效能分析：验证副翼、升降舵、方向舵的操纵力矩是否足够
• 结构设计：根据气动载荷确定翼梁、翼肋尺寸和材料
• 重量分配：细化各部件重量，确认重心位置

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