為什麼殲31沒有腹鰭，而殲20有腹鰭？

Alexr

有沒有腹鰭是戰鬥機總體氣動佈局設計決定的，並不能簡單挪用。

從設計上看，殲-20和殲-31在垂尾設計上的最大不同在於：前者採用了面積較小的全動式外傾雙垂尾，後者則採用了傳統帶方向舵的大尺寸外傾雙垂尾。

那麼，全動垂尾到底有哪些優點呢？·

與傳統垂尾相比，全動垂尾把垂直安定面和方向舵合二為一，整個翼面都能偏轉，擁有巨大的舵面等效面積，能大幅提高飛機的縱向操縱效能，尤其是在超音速飛行狀態下。

同時由於舵面等效面積的增加，全動垂尾的面積可以適當縮小，對殲-20這樣的隱身戰鬥機來說，就等於降低了尾部重量並縮小了側向雷達截面積。

所以，殲-20的全動平尾具有在重量、操縱效率和隱身上的三重優勢，是一種比殲-31傳統垂尾更先進的設計。

殲-20為了增加全動垂尾的操縱力臂，把垂尾佈置在了機身最尾部，這能進一步縮小垂尾面積。但這麼設計也出現了垂尾在大迎角狀態下被機身遮擋的問題，為了提高大迎角飛行穩定性，設計師為該機增加了外傾雙腹鰭進行補償。這個腹鰭同時也能遮擋尾噴管側面，一舉兩得。

再來看殲-31。該機的氣動佈局中規中矩，V1版本氣動基本上是F-22的翻版，尺寸巨大的梯形垂尾能夠提供足夠的超音速縱向穩定性和大迎角性能。V2版本則改用後掠垂尾，高度似乎進一步增高並整體前移，進一步提高大迎角性能。於是在擁有了足夠大迎角操控性的前提下，殲-31自然無需腹鰭補強了。

有沒有腹鰭，其實背後反映出的是這兩種隱身戰鬥機截然不同的氣動設計思想。

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從兩種飛機的氣動外形設計就可以看出，殲-31採用的是國外五代機普遍的常規式佈局，而殲-20則獨闢蹊徑，採用了鴨式佈局，成為國內外唯一採用鴨翼的五代機。

為什麼殲-20要堅持使用鴨式佈局呢，最主要就是為了提升飛機的機動性，尤其是大迎角機動能力，尤其是小展弦比+鴨翼+邊條翼的設計，可見殲-20在追求大迎角機動性方面走向了極端，毫不誇張的說，殲-20的大迎角機動能力絕對是五代機中最強的。殲-20作為中國空軍主力五代機，研製時間要晚於美國和俄羅斯五代機，在發動機暫時落後的情況下，要想後來居上，在4S能力方面完全凌駕於F-22和T-50，無疑是不現實的，因此，設計者劍走偏鋒，追求不對稱壓制能力，即我雖然不能全面超越你，但在某項關鍵能力，即機動性方面，要做到最強，當然，其他方面也不會差距很大，這樣，在未來的較量中，就有了在某些領域凌駕於對手的能力。

返回話題說腹鰭，為什麼要採用腹鰭呢？其實就是殲-20的大迎角機動能力太強了，我們知道，機動性和穩定性是一對互相矛盾的存在，機動性太強，必然就要求與之相匹配的穩定操控能力。而腹鰭的作用其實和垂尾差不多，主要是為了增加飛機的航向穩定性。

雖然，殲-20採用了全動垂尾的設計，已經將垂尾的氣動效率提升到最高，但由於對大迎角機動的要求太高，效率還是不足，由於隱身的需要，又無法繼續增大垂尾面積，所以就採用了腹鰭，由於位置特殊，腹鰭對隱身的破壞要比垂尾小得多，所以，殲-20採用腹鰭，也是一種較好的折中方案。

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腹鰭和垂直尾翼的作用是保證飛機的橫向穩定性（不發生不必要的側滑）。垂尾因為可動，也可產生橫向的控制力矩。而尾翼和腹鰭的面積大小直接決定了飛機的橫向穩定性大小。

第四代戰鬥機重視大迎角飛行性能，在尾翼腹鰭面積不變的情況下，橫向穩定性隨迎角增大而減小，即“大迎角下的橫向穩定性發散”。

在大迎角的橫向穩定性方面，雅翼佈局因為機身上方流場更加複雜，所以大迎角時的橫向穩定性發散相比常規佈局更加嚴重。如何解決這個問題呢？

大多數人的第一反應肯定是增大垂尾面積。而根據J-10總師宋文驄的《小展弦比》一文，大迎角飛行時機身上方的渦流會在垂尾處誘導出向下的負升力，所以任何將脫體渦作為主要增升手段的氣動外形，都要求垂尾面積要儘可能的小，既然垂尾面積要小，那麼就得加腹鰭，這樣才能保證橫向穩定性的要求。同時垂尾面積小，也就必須用全動垂尾才能滿足尾翼控制力的要求。所以你能看到Su-57與J-20，F-35都使用了小面積的全動垂尾。

說到這裡基本就把J-20有腹鰭的原因說完了，接下來講講為什麼F-22的氣動佈局遠沒有J-20和Su-57複雜，但是機動性卻不遜於後者的原因：

Su-57實際上嚴格來說不是常規佈局，其使用的可動邊條可以看作鴨翼的變種，所以嚴格來說Su-57是“三翼面佈局”。而通過可動邊條的角度變化又消除了三翼面佈局的一些缺點。

而F-22為什麼使用這麼大面積的垂尾呢？因為F-22對脫體渦的使用程度沒有J-20和Su-57那麼高。那麼為什麼F-22的大迎角飛行性能又如此出色呢？因為二元矢推。

二元矢推雖然會有一定的推力損失（F-22在矢推不偏轉時為1.2%），但是綜合其減少的阻力卻超過50%。要知道，大多數典型的雙發飛機，發動機長度大約只佔機身長度的20%-30%，而發動機造成的阻力卻佔到了整機阻力的40%-50%，而F-22的發動機造成的整機阻力卻不到20%。

這還不算完，通過良好的總體設計，二元矢推能與機翼配合誘導出“超環量效應”提高升力，降低升致阻力。

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既然如此，為什麼在沈飛推出的五代機FC-31“鶻鷹”時不再採用蘇系戰機鍾愛的腹鰭設計呢？原因應該就是成本考慮。作為一款殲-20重型戰鬥機的補充機型，沒有必要追求其性能的極端化，就像米格-29使用落後的掃描雷達走過小半個世紀至今才裝上“甲蟲”有源相控陣雷達一樣，都是對其即使成本控制的結果；相反，蘇27這樣的主力戰鬥機型早在上世紀末就是用了相控陣雷達，最新的蘇35更是安裝了昂貴的“雪豹”相控陣雷達。與此同理中國在同時研製兩款五代機時也考慮到了成本問題，採用腹鰭的殲-20毫無疑問在飛行性能和隱身優勢上做到了極致，但是沒有腹鰭的FC-31具有更強的價格優勢。

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現代噴氣式戰鬥機會設計多種不同作用的氣動安定面，比如垂直尾翼、水平尾翼、鴨翼等，其中也包括腹鰭。現代噴氣式戰鬥機的腹鰭主要是指是在飛機機身尾部下面順氣流方向佈置的刀狀翼片，相當於垂直尾翼，側滑時起增加飛機航向穩定性、保持平衡的作用。腹鰭還可以抵消一部分垂尾側向力對機身的扭矩，減少機身扭轉變形。超音速飛機在高空大迎角飛行中，垂直尾翼受到機翼和機身的“遮蔽”，航向穩定作用嚴重下降，而腹鰭不受影響。因此，超音速殲擊機普遍採用腹鰭。

常見的飛機腹鰭有單腹鰭和雙腹鰭兩種型式。腹鰭一般為輕金屬結構，當內部佈置無線電設備天線時，則用非金屬材料製作。一般來說，現代噴氣式戰鬥機的腹鰭多采用固定式設計，不過也有采用活動式設計的。比如，為了避免飛機起飛和著陸時腹鰭碰地，在有的飛機（如米格-23和殲-8殲擊機）上，當起落架放下時腹鰭自動折轉。

腹鰭一般在之前幾代噴氣式戰鬥機上都很常見，比如第三代和第四代戰鬥機。但是，在第五代戰鬥機上，腹鰭設計只有殲-20隱身戰鬥機採用，其他幾種，比如美國F-22A“猛禽”、F-35“閃電”Ⅱ，俄羅斯蘇-57以及中國FC-31等隱身戰鬥機上，則看不到腹鰭。這主要是由初始設計時的氣動方案佈局以及氣動中心位移的規律所決定的。

諸葛小徹

這是兩款在氣動外型上絕不相同的戰機。殲31與殲20氣動外型不同，適合殲31的技術，未必對殲20有用。殲20採用鴨翼的氣動佈局，那是經過成千上萬次在風洞中試驗後，綜合所有考慮所做出的決定。殲31的常規佈局也是千萬次，甚至是上億次試驗後的結果。我國擁有亞洲最大、最先進的風洞群，對於這兩者的氣動佈局，那是試驗後的結果。

殲31隱身戰鬥機

先來看看殲31的基本情況。殲31採用的是單座、雙發的一款中型戰鬥機。氣動佈局為：外傾雙垂尾、全動平尾的正常佈局，兩側佈置大S彎進氣道，並有內置彈艙。值得稱道的是其採用了波束控制理論設計氣動外型、新的DSI進氣道、全向矢量發動機尾噴口等。注意，殲31的氣動佈局採用的是常規氣動佈局，當然沒有腹鰭。

目前已服役/即將服役的四款四代機，殲31仍在研製中——性能未定，暫不考慮

殲20則採用了單座、雙發的一款重型戰鬥機。看看殲20的氣動佈局：全動雙垂尾、DSI鼓包進氣道、上反鴨翼帶尖拱邊條的鴨式氣動佈局。殲20的頭部、機身呈菱形，垂直尾翼向外傾斜，起落架艙門為鋸齒邊設計，機身以高亮銀灰色塗裝（原型機為深墨綠色）——使用的是最新型的隱身塗料。殲20不同於其它幾款四代機，其它四代機如F22、F35、蘇57、殲31都未沒有腹鰭，殲20採用的卻是鴨翼佈局——需要腹鰭來彌補鴨翼的不足之處。

殲20腹部特寫，注意機尾腹鰭

殲31沒有腹鰭，是因為常規氣動佈局根本就不需要腹鰭。殲20有腹鰭，是因為採用鴨翼佈局的戰鬥機需要腹鰭。

殲20，毫無疑問的四代機

如殲20般，採用鴨翼佈局的戰鬥機，擁有優異的機動性，具有高機動性能力，尤其是在超音速飛行時。但是採用鴨翼佈局也有其缺點：在大迎角飛行時，飛機的航向穩定性差，難以保持飛機的平衡。這是一個大問題，必須要解決。腹鰭的出現，就是為了解決這個問題。

殲20將更好的守護我們的天空

腹鰭就相當於垂直尾翼，在側滑時能增加殲20的航向穩定性，保持飛機的穩定性。簡單點說，就是在大迎角飛行時，保證飛機沒有側向滑動。腹鰭，使殲20在大迎角飛行時仍能擁有高機動性。

美、俄、中三國的四代機

儒道之主

腹鰭跟垂尾一樣，增加橫向穩定性，原理跟弓箭上的羽毛道理一樣。受到側向氣流擾動產生側滑時，生產反向壓力，阻止這種這種偏航。所以說要不要腹鰭，看你垂尾能否滿足飛行所需要的橫向穩定性。飛機重量越大，飛行速度越快，所需要的橫向穩定性越大，在二戰電風扇時代，很多垂尾意思意思就行了，比如說bf-109。

但是速度越快，重量越大，所需要的垂直穩定性也就越高，到了不鏽鋼機米格-25，其要追求3倍音速的極速，所需要的航向穩定性同樣非常高，於是雙垂尾和腹鰭也就產生。

到了現在，開始追求大仰角飛行性能，但是大仰角飛行情況下，垂尾受到機身和機翼氣流遮蔽影響，其作用要被削弱很多。要解決這種方法，一種思路就是將垂尾位置往前移，典型案例就是F/A-18E/F超級大黃蜂（注：超級大黃蜂前移的另一個好處是填補主翼和尾翼的空白，使大邊條翼拉出的渦流能夠更加順滑，這個優點是由其氣動產生的互補效應）。

如果兩個方案都不想要，那就是乖乖的加個腹鰭把，大仰角狀態下，腹鰭效果要遠好於垂尾。

至於為什麼殲-31不需要腹鰭，道理跟F-35一樣，作為中型戰鬥機，其用這樣的雙垂尾已經足夠保證飛行所需的航向穩定性了。此外，還有一個不能忽視的地方，就是隱蔽性，殲-20的發動機尾部處理相當粗獷，部分原因可能為以後換髮做準備。但是其發動機尾噴口是暴露在外面的，跟躲在二元推裡面的F-22不一樣。這種情況下，腹鰭和上垂尾，反而可以起到屏蔽發動機尾噴口的作用，同時也可以遮擋下尾噴口的紅外信號，從而提高隱蔽性。

五嶽掩赤城

殲20保留腹鰭主要是為了從側面對尾噴管進行遮蔽，它本身的存在確實會導致正面等方向一定程度上增大信號反射特徵，但是卻避免了側向上在尾部形成更強的反射區域，算是以小毒攻大毒的設計。同樣採用圓噴管，但缺乏有效屏蔽的俄羅斯T50，在側向上這個位置的信號特徵會非常難看，和三代機沒有區別。