鸭翼布局：气动布局的转折点

鸭翼布局：气动布局的转折点

一架飞机，是靠什么产生升力，从而使之飞行，没错就是机翼，那么你有又对飞机的机翼有多少了解呢？

随着航空工业的发展，科学家所思考的不仅仅局限于飞机的发动机，当然我们都知道发动机的推力越大，就说明发动机越好，但是一架飞机的气动布局的好与坏更能直接的影响飞机飞行安全、飞行速度、飞行的距离，设置还能影响飞机所消耗的燃料的多少等等。就在这时候，工程师们发现了边条翼的作用，战斗机高空高速性能和起降性能之间的矛盾得到解决，于是从那以后很长一段时间内，各国战斗机都开始使用边条翼。比如耳熟能详的俄罗斯苏-27战斗机，美国的F-15，F-16等等一大批都使用了边条翼设计。似乎一切都在朝着边条翼的路上发展，战斗机的气动布局已经非常完美了。

那么问题来了：为什么非得把水平尾翼放在主翼之后呢？如果把尾翼搬到主翼之前会发生什么呢？这时候我们也许会想到世界上第一架飞机，它的水平尾翼就是在主意之前但是这种设计缺乏纵向恢复力矩，导致飞机非常难以控制。速度慢的时候还能靠飞行员操作改回来，速度快的话那分分钟就是机毁人亡！......

飞机属于大气层内飞行的飞行器，需要利用空气产生升力。气动布局说通俗点就是它的外形，目前世界上所有的飞机气动布局都是根据空气动力学原理设计的，不同的外形有着不同的飞行性能。

现在世界上比较常见的气动布局主要有四种。

第一，常规布局。也就是水平尾翼布局，提供升力的大主翼在前，控制飞机纵向爬升和下降的小尾翼在后。

第二，无尾三角翼布局。这种布局法国人最喜欢，达索公司的战斗机大多采用无尾三角翼布局。这种布局的特点是只有三角翼作为主翼，利用主翼后面的襟翼来控制战斗机纵向的爬升和下降。这种布局除了达索的战斗机之外，航天飞机和一些飞航式导弹身上也能见到。

第三，三翼面布局。三翼面布局非常好理解，就是在常规布局的前提下，再在主翼前面加一对小机翼。比如沈飞当年的雪鸮战斗机方案▼就是典型的三翼面布局。据说这种气动布局结合了鸭翼和常规布局的特点，不过目前为止还没有大规模运用。我也还了解的不多，等我多看几个论文再来和大家聊它，今天的舞台是鸭翼的。

第四，鸭式气动布局，也叫作鸭翼气动布局，或者叫它鸭翼-三角翼气动布局。世界上第一架飞机飞行者号飞机就是鸭式气动布局，控制纵向爬升和下降的小翼在前，而提供升力的主翼在后，和常规布局相比正好相反。

那么什么是鸭翼呢？

如果你是好空爱好者，那就好描述了，就是有些飞机座舱下边位置的那个小翅膀，那就是鸭翼。我们都知道我们国产5代战机歼-20，利用的就是鸭翼鸭翼布局。其主要作用就是提升战斗机的飞行机动性能，例如：在空中可以小半径翻跟头，如果安装上矢量发动机，可以说：“空中无敌！”

但是鸭翼也分为两种，一种是可以活动的，如上图中的狮式战斗机它偏转的很明显，它的作用也很直观，就是控制飞机的飞行姿态，同时也能提高飞机的机动性能。另一种就是不可活动的主要安装在机头的位置，这种鸭翼的作用和边条翼一样，只能拉出涡流，不能控制战斗机飞行姿态，飞行姿态的控制还得靠主翼后部的襟翼活动。这种固定的其实没多大意义，但是其主要的功能就是提升飞机的飞行稳定性，并且可以产生更大的升力。所以目前主流的鸭翼布局大多是可以活动的真鸭翼。

那么下面我们就讲一讲鸭翼的作用。

鸭翼的作用主要表现为三个方面：

第一，像边条翼一样，拉出涡流，在主翼上表面产生低压区，从而增大机翼上下表面的压强差。在(一)中我们知道，使用三角翼的战斗机展弦比非常小，可以躲在机头产生的激波之后，但是升力特性较差，导致起降性能非常难看。于是边条翼出现，三角翼设计偏居一隅。但是鸭翼的出现，让三角翼重振雄风，重新成为主流机翼设计之一。鸭翼一般配合三角翼设计，在起降时，鸭翼在飞控系统控制下朝着特定方向偏转，为三角翼带来涡流，提升低速条件下优秀的飞行性能。

第二，不会产生负升力，偏转时不会让飞机总升力损耗。使用常规布局的飞机主翼在重力后面，所以为了保持飞机俯仰方向的安定性，其水平尾翼产生的升力是向下的而鸭翼则不一样，使用鸭翼气动布局时，重心位于主翼与鸭翼之间，所以鸭翼和主翼都是产生升力的。

第三，可以带来更长的控制力矩，使战斗机拥有更加出色的机动性。鸭翼一般使用在喷气式战斗机上，喷气式战斗机发动机后置，重心也相对后移。像F-22这种常规布局，重心在机身靠后，前半部分基本没什么重量，所以主翼设计的非常靠后。为了配平机身，水平尾翼甚至伸出机尾之外。就算如此，水平尾翼离重心的距离比较近，因而力矩也更小。而鸭翼装在机头，离发动机很远，力矩更大，控制飞机也更加轻松，于是装有鸭翼的战斗机拥有更为出色的机动性。

为什么还是有很多战斗机没有采用鸭翼布局呢？

早在很多年前，就有人试过鸭翼气动布局，但是因为纵向稳定性实在是太差而放弃。为什么鸭翼会这么难以控制呢？经过大量的风洞试验之后，工程师们发现，鸭翼在拉出涡流时，产生的涡流会和主翼气流作用。两股气流遇到一起就打架了，然后飞机就变得不稳定。这个时候飞行员操纵杆动一动，战斗机能动三动，单纯以人力根本无法控制住飞机。

但是随着科技的进步这还是困难吗？并不是！人类成功了！