为什么美国战斗机不采用鸭翼布局?

我也很绝望351


首先纠正一下应该叫做鸭式布局。从W君的认知来说“严格意义上讲鸭式布局是一种邪教”。

美国对鸭式布局的研究在很早之前就做过了,而且就机型来说,美国的鸭式布局飞行器数量依旧是在所有国家中最多的。但经过验证美国的各个航空设计企业认为没有什么必要用鸭式布局。

先说鸭式布局的好处:鸭式布局通过在主翼前面的鸭翼对气流形成扰动作用可以造成主翼上方形成一个低压区,这样就可以大大的提高主翼的效率。这也是鸭式布局增升力的来由了。

我们来看看对鸭式布局的有限元分析:

通过改变鸭翼的迎角鸭翼后放出现了一个低压区域,这个抵押区域逐渐扩展可以达到主翼上方。

当迎角继续增大的时候,低压区形成,并且造成一定量的涡流,这些涡流会进一步扩大低压区的范围。

作用到主翼上的情况就是下图的样子:

在这种状态下,主翼效率就有所提升。


但问题是,如果要做出机动的情况下,那么就需要偏转鸭翼,这样鸭翼造成的低压涡流就很难稳定,就会造成主翼的效率不断的变化升力忽高忽低。这样对操纵就形成了过大负担。

日本在二战末期为了对付美国的轰炸机,开发了“震电”战斗机。

采用了鸭式布局,该机机东西很强,强到——经常超过飞行员的控制能力。超过了飞行员的控制能力就叫做难以控制,于是一个大型穿天猴就诞生了。


后期由于飞控计算机的介入,导致鸭式布局飞行器在飞控计算机的控制下不断的纠正静不稳定布局所带来的扰动。这样鸭式布局的飞机就可以勉强的飞稳了。

通常使用鸭式布局的战斗机例如Saab的一大家子、欧洲二风、歼-10、歼-20等等大多局限于自身发动机性能的问题。要提高敏捷性那么利用鸭式布局是一个不得不选择的办法。


然而为什么说鸭式布局是一个邪教呢?如果专注于常规布局的设计,并不是不能达到鸭式布局增加升力的效果,并且——没有鸭式布局那种翼面迎角改变所带来的负面效果。这里说的就是大边条设计。 美式战斗机、俄式战斗机得益于其常年的飞行器设计经验积累,那么对大边条设计的技术已经炉火纯青了。根本就用不到使用鸭翼这种黑科技了。

F-16是一个典型的大边条设计战斗机。机翼前端的机身边条实际上起到了和鸭翼相同的作用。


很多人认为F-22是没有大边条设计的,其实F-22的边条和机身紧密融合。在进气道下端有一个区域是下潜一个角度的,这样就完成了鸭翼的功能。

再对比一下之前的鸭翼气动分析图看看:


这样看F-22的设计是不是“重剑无锋,大巧不工”呢?


现在明白为啥W君说鸭翼是一个邪教了吧,如果我们继续研究鸭翼布局,那么在未来十几年内可能可以造出一大批机动性能相当优秀的战斗机,但代价是放弃了对传统布局设计的经验积累。到时候就会发现我们倾尽脑汁设计的一架战斗机就机动性来说恐怕会比不上人家看似平平无奇的设计。


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上世纪末,美国放弃了鸭翼战机试验的项目。鸭式布局能够通过鸭式的主翼对气流造成扰动的作用,从而造就一个低压区,提高主翼的效率,增加飞机起飞和降落的性能,且丝毫不会影响作战性能。那么美国军队为什么会放弃鸭翼布局飞机呢?

其实,就鸭翼布局的机型来说,很多国家都选择了采用它,但它也有一定的局限性,那就是在机动的时候,鸭翼所形成的低压很不容易稳定,主翼的效率也是时高时低的,对于操作极其不方便。

二战期间,日本为了能够有力地对抗美国,采用了鸭式布局的“震电”战斗机。但该战机机动性非常强,以致于超出了飞行员的控制能力。因此,为了能够稳定鸭式布局的战机,美国科学人员也在现有的飞机基础上改装出来一些鸭翼式飞机,通过研究飞空性能总结出经验,再加上后期飞控类计算机的辅助功能,鸭式布局飞行器在它的不断控制与纠正下,这才勉强的维持了稳定。

随着美国现代化改装和电磁弹射技术的逐渐完善,以及飞行器试验的不断深入发展,美军发现传统的布局设计也能够达到鸭式布局所拥有的效果,且没有鸭式布局的负面问题。因此,美军经过研究决定放弃鸭翼式布局。

美国采用的是一种大边条设计,它的机身边条能够达到与鸭式布局相同的效果,且随着美军对飞行器技术的研究与积累,这类的设计可以说是十分地成熟了,例如美国的F-16和F-18战斗机上都装备了非常夸张的边条。


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不是美国不采用鸭翼,而是实际服役的战斗机都没有采用。在三代机之前,飞机控制主要依靠人工。鸭翼的正反馈会迅速让机头上扬,造成失速坠毁。

中国的歼十五就是程序失控,机头上扬坠毁,造成飞行员牺牲。

三代机中,美国的F-15依靠大推力发动机,把各种问题都解决了。F-16采用了边条翼,达到了同样的效果。

欧洲首先在发动机上不如美国。欧洲联合的EJ200推力小,法国阵风的M88推重比小,推力也小,为了提高机动性,借助于鸭翼提高响应速度。

第四代隐身战斗机,因为前翼破坏隐身效果,所以一般不采用。

苏联也是一样。俄罗斯的发动机推力大,推重比略低于美国。


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鸭翼布局也叫前鸭翼,是配合后三角翼气动布局诞生。美国战斗机使用的机翼叫常规布局。战斗机进入喷气式飞机时代,在战斗机设计上大都采用这两种机翼设计。

两种设计方案各有优劣,没有绝对的好坏之分。机翼的方式不同造成的气动扰流各不相同。有关两种机翼的问题我专门以F-22和歼-20为例写过详细文章,今天再给大家说说。

常规布局机翼的战斗机在5000米以下的低空有很好的机动效果。尤其在小转弯半径优势十分明显。这一点是后三角翼气动布局无法比拟,加装前鸭翼就是为了给后三角翼增加机动性。

常规布局的另一个优点是机翼挂弹优势,由于采取横向拓展布局,在机翼承受范围内可以挂载各种重量弹药。而后三角翼只能在靠近机身位置挂在重量较重弹药。靠近翼尖位置挂单太重,机头就会翘起,无法起飞。但是常规布局机翼在起飞时需要的推力要求很高。这也是目前只有美俄才使用常规布局的原因。

后三角翼气动布局设计优点在于有很好的起飞升力效果。在发动机动力不足的情况下是一种不错的选择。这就是欧洲三鹰(台风、阵风、鹰狮)采取后三角翼气动布局设计的原因。说白了,没有美俄这种实力研发大推力小涵道比军用发动机。


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回答这个问题,首先先了解鸭翼对战斗机而言到底起什么作用。常规气动布局的飞机水平、垂直尾翼都放在机体尾部,而鸭翼布局则是放在机头两侧。相对尾翼而言,可以使用较小的翼面积达到高机动性。

特别是飞机需要大强度的机动动作如:上仰、小半径盘旋等,飞机的主翼和鸭翼会产生强大的涡流,产生比常规布局飞机更大升力。而在常规飞行过程,存在操控的不稳定性(当然,这是针对早期飞机而言,现在电传飞控系统足已解决这个问题)。

鸭翼布局对飞机的起降也可以起到很好的作用,起飞时可以获得更大升力、减少滑行距;降落时偏转鸭翼可以起到减速作用。

瑞典Saab-37起飞图,因为鸭翼的作用,仅仅滑行400米即可起飞。

回顾美国对鸭翼布局的探索、尝试。

XP-55

失败的原因是由于当时没有飞控计算机,纯粹靠人力机械操纵,太过于复杂。

XB-70,女武神轰炸机

XB-70为解决鸭翼配平问题,翼尖设计成下折,低空超音速飞行下折25度,高空3 倍音速巡航飞行下折65度,以改善稳定性和机动性。

飞行状态

X-29A

X-31验证机

NF-15B

看完美国大量鸭翼布局的探索、尝试,我们大概可以做如下分析。

首先,美国有先进的科研实力,完备的大推力发动机配套,在常规布局下可以获得想要的机动性及推力,而无需通过加装鸭翼来改善气动部局,获取机动性。

其次,加装鸭翼对于机体的增重、隐身破坏等,同时考虑配平问题,也是重要因素之一。


河东三叔


纵览美国空军的百系列战斗机和一系列鸟族,虫族战斗机,可以发现,除了少数使用三角翼和可变后略翼的设计布局,大部分美国现役飞机都是常规气动设计。反过来看欧洲三雄,中国歼-20和歼-10战斗机,使用的都是被美军视为鸭翼的布局。那么,美军为什么不使用鸭翼,欧洲和中国使用的鸭翼的原因又在哪里呢?

图为美国的F-15三翼面验证机

中欧并不是鸭翼的开拓者,美国也曾在上个世纪80年代探究过鸭翼气动布局的优劣之处。众所周知,美国空军现役的主力机型F-15,F-16和F-18战斗机都诞生于上个世纪70年代。而在那时,电传操纵系统还不是十分可靠,鸭翼所带来的复杂性已经被F-15三翼面试验机所证明。

图为F-119发动机

而到了21世纪,电传操纵系统的进步明显已经很容易解决鸭翼的俯仰力矩问题,鸭翼高低速时的机动性优势美国也是承认的。不过F-22战机和F-35的概念设计都基于90年代的电传操纵水平,想更改也非常困难。美国其实目前非常看好鸭翼,波音和洛马的六代机PPT都使用了鸭翼,可见,美国的一票战机没用上鸭翼只是受制于时代和80年代的实验数据罢了。

图为美国六代机设想图

除了电传操纵的原因,美帝发动机一如既往的强劲也导致了美国对气动布局并没有深究。美国也曾是气动布局的领导者,但当F-404、F-414、F-119系列发动机一骑绝尘之后,明显美国已经不需要通过气动布局来补充飞机性能。最新的F-135实验数据已经达到了22.4吨的推力,几乎又领先世界一代,可能在变循环发动机项目完成之后,波音洛马六代机上的鸭翼也会因为绝对推力而被取消。


军事新观察


不愿意。

这问题问的的奇葩,

美国的波音还有马丁公司会告诉世界为什么他们设计制造的战斗机不采用前鸭翼布局吗?虽然,美国现有的战斗机没有采用鸭翼的型号,但是,美国是进行过这方面研究的,也有一定的技术储备的!美国人利用F14,F16进行过多种翼型的探索,科研试飞,积累了经验。一款飞机选择什么样的机翼和外形气动布局,不是单纯只考虑机翼,而且全盘考虑……同时,也有传统思维的因素。没有,不代表不知道。


孔乙己乱弹


采不采取鸭翼布局,是飞机设计者综合考量之后做出的选择,鸭翼布局有利也有弊,鸭翼布局能够提高飞机的机动性,但是鸭翼布局需要非常可靠的操作系统,而且鸭翼布局不利于飞机的隐身,再加上如果发动机性能足够好,根本就不需要非得加装鸭翼来获得足够的机动性,美国和俄罗斯发动机特别强大,所以你看他们的飞机,大多数不是鸭翼布局。


新闻离我有多远


美国不采用鸭翼,有很多观点。我也来说说。说的不对不好,大家见谅。首先我不是专业人员,不是飞行员,也不是设计研究员。再就是国情决定,接触不到。只能纸上谈兵与书籍可获得面。

一重心不同,鸭翼与常规明显重心不同,带来的武器装载量与部位也不同。大家看看鸭翼发机装载武器重心与常规布局不同,鸭翼有着明显上仰飞行特性,但为配平。前面重量要配重平衡上仰带来的失速风险。这点上不如常规平尾配平。飞控难度不在一个数量级。

二机翼面积二次改进难度。鸭翼布局,面积大小,决定了作用于主翼气流特性。主翼单位载荷很难决定了,只能以配合前翼形式设计。这点上设计师很烦的。不同翼载荷飞行包线也不同。主翼载荷限制下,作战能力说实话。实战中很吃亏。(这和发动机也有关,二战中有证明)主翼载荷受气动外形决定。

三起降上,平尾配平对于起降来说优于鸭翼。特别是降落。别看短距起降鸭翼玩的很溜。那是机头上仰带来的优势。但有利于对地面观察吗?这点上各国设计师都心知肚明。常规布局配平平尾在后,可能反应上没鸭翼来的快与直接。但机头观察上优于鸭翼布局。活着飞行员与保持良好战机是重点。降落失事中占大头。降落时对于地面观察又是重点。美国为降低降落失事率,放弃鸭翼。


云无相22974309



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