战斗机的气动布局 (战斗机气动布局排行)

前不久刚买了一个歼-20模型，结果有同事问了我一个很不专业的前不久刚买了一个歼-20模型，结果有同事问了我一个很不专业的问题：为啥我看别的飞机小翅膀都在后面，这个在前面呀？

我说：这是鸭式布局，这俩小翅膀可以拉出两道涡流，对主机翼上方的气流形成有利干扰，增加主机翼升力，提高战斗机的机动性。

他一脸懵X的走开了……

正好，今天有时间，就详细讲讲这个“小翅膀”长在前面的鸭式布局。

1903年，莱特兄弟发明了第一架飞机——飞行者一号。该飞机将副机翼安装在飞机头部，使得飞行者一号不仅是飞机的鼻祖，也是鸭式飞机的鼻祖。

而后续的飞机设计师大多把副机翼放在飞机主机翼之后，这种布局成为现在最常规的气动布局，故称为常规布局。

但常规布局有一个缺陷，就是在飞机爬升的时候产生负升力。由于常规布局用来配平的副机翼位于尾部，即在飞机重心之后，而飞机爬升时需要“抬头”，这就需要尾翼向下压。飞机越是要爬升，尾翼越要向下压，导致能量损失。

如果把飞机尾部的副机翼放到主机翼前面，便可以避免在飞机拉升时产生这种负升力。当飞机需要拉伸时，副机翼由于在重心之前，只需向上抬便可。这便是人们最初脑补出的鸭式布局的优势。（当然不会这么简单，下文会讲解）

由于这种布局的飞机副机翼香鸭子一样，于是就将其称为鸭式布局。

早在50年代，中国因为和苏联关系恶化，想跳出模仿苏式武器的道路，就有过要造鸭式布局战斗机的想法。直到1967年，瑞典的

Saab-37“雷”战机出世，让中国更加坚定了发展鸭式布局的战斗机的想法，于是就有了中国在1975年提出的“751任务”。

由于当时中国没有鸭式布局的概念，而如前文所述，鸭式布局的飞机在拉升时副机翼可以把机头抬起来，故当时中国称其为“抬式布局”

到了1976年，该项目进展缓慢，且不久后因故搁置。此后由于资金不到位，“751”抬式战斗机项目便没有再被提起。当然除了资金问题，“751”的下马还有一个重要原因就是鸭式布局飞机不好设计，要求有强大的飞控系统。

不就是通过把副机翼提前的方式把机头抬起来吗，这个有什么难的？真的很难，最大的难点便是配平。影响鸭式布局配平的因素主要有以下两个：

一，气流影响主机翼

将副机翼移动到主机翼之前，经过副机翼的气流会对主机翼造成影响，这种影响可能是有利的，也可能是有害的。

实际上上文中所提到的Saab-37“雷”战斗机并不能在战机需要拉升时将机头抬起来，其原因在于这对副机翼是固定的，不能起到配平作用，并不称之为严格意义上的“鸭式飞机”。安装这对“鸭翼”就是要利用其产生的气流对主机翼产生有利影响，从而提高主机翼升力。

简单的说，这两个“鸭翼”可以拉出两道涡流，涡流经过主机翼上方形成低压区，从而增加主机翼升力。

由于Saab-37“雷”战斗机的“鸭翼”不可动，其作用更像法国达索公司幻影-2000战斗机上的涡流发生器。

幻影-2000是世界上唯一一款没有副机翼的四代机（俄标），印度的“光辉”战机小编直接忽略哈。三角翼布局的战斗机高速较好，但低速时往往升力不够。为了满足其升力要求，幻影-2000就在主机翼前方靠上的位置安装了一对涡流发生器，从而提升主机翼升力。

但经过鸭翼的气流容易对主机翼造成下洗作用，相当于减小了主机翼的迎角，故而降低机翼升力。如果是不可动的前翼，可采用改变主机翼形状和前翼位置或角度的方式来解决此问题。

如果是可动的、用来配平的鸭翼便不得不考虑一个问题：设计或运用不当时，鸭翼并不能产生飞机拉升时所需的正配平，相反可能产生负面效果。因为当战机需要拉升时，按照配平原理，鸭翼需要正配平“抬”机头，需要向上偏转，此时对主机翼的下洗作用会更强烈。

二，动力臂短导致配平难度大

要理解战斗机的配平，我们可以先简单回顾一下杠杆原理。

只要学过初中物理就不会不知道杠杆原理。在杠杆中，动力比阻力等于阻力臂比动力臂。当你想要通过杠杆撬动重物的时候，动力臂越长撬动起来越容易。

同样的，在战斗机配平上面，副机翼就大致相当于杠杆中的动力点，战机的重心相当于杠杆的支点。常规布局的战斗机尾翼距重心较远，配平相对容易；鸭式布局的战斗机鸭翼距离重心较近，配平相对较难。

采用鸭式布局的战斗机大多数是看中其三个优点：

第一个优点是大迎角飞行时机头更容易恢复，只需使鸭翼泄压即可。但常规布局若在大迎角时需要改出，则需要尾翼提供升力，但大迎角飞行时机翼已经处于升力上限，不容易改出。

后两个优点分别是：拉升时正配平更容易短距离起飞和鸭翼的增升能力。但配平和增升是相互矛盾的，需要在这二者之间进行取舍。

如欧洲多国联合研制的EF-2000 “台风”战斗机，为了拥有足够长的配平力臂，将鸭翼安装了距离主机翼较远的驾驶舱下方，遮挡了飞行员的向下视线，这也是“台风”战机不能上舰的重要原因之一。

此外，由于其鸭翼距主机翼较远，增升效果不够明显，所以“台风”战机在鸭翼的后面又安装了一对涡流发生器，以达到增升的目的。

而法国达索公司的“阵风”战斗机却与之相反，“阵风”显然更重视鸭翼的增升能力，将鸭翼安装到距离主机翼较近的地方。

这样做也使得“阵风”战斗机的配平力臂不够长，在起飞时需要主机翼后缘提供抬头力矩，导致升力下降。但考虑到法国还有没有安装副机翼的“幻影”-2000战斗机，其飞控能力已经成熟，所以在配平和增升上，“阵风”选择了增升。

对于配平和增升这个选择题，中国的成飞在设计歼-10战斗机的时候采用了比较折中的方案，将鸭翼放到了距离主机翼适中的位置，在考虑增升性能的同时兼顾配平能力。

而中国的歼-20采用了另一种思路，鸭翼+边条翼+升力体结构，可以说把气动布局玩到了极致。

歼-20在鸭翼性能的抉择上选择偏向配平，为了弥补其远距耦合鸭翼增升能力较弱的特点，歼二十采用了大边条翼设计，增加主机翼升力。

此外，歼-20由于是升力体结构，战机背部也能产生部分升力。因为歼-20是翼身融合的上单翼，鸭翼无法安装在主机翼偏上的位置，所以歼-20的鸭翼有一个上翘角度。

那么问题来了，既然鸭式布局有优势，且在飞控能力比较成熟之后配平也不成为题，美国为什么不用呢？

第一，美国的发动机性能优异，不大需要靠鸭式布局来提供增升能力和正配平。美国增升的方法大多是采用边条翼的方式。

第二，随着隐身战机时代的到来，美国更不会采用鸭式布局了，因为鸭式布局会增加正面雷达反射面积，影响战机隐身能力。在隐身和机动性上，美国比较极端地选择了隐身。