作爲第四代隱形戰機,殲-20鴨翼布局設計,有保留的必要嗎?

dydes


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殲20的鴨翼為什麼不需要保留?


鴨式佈局最大的好處是可以為主翼增升,同時可以為飛機提供“正升力”,所以採用鴨式佈局的飛機“敏捷性”都非常好,而目前戰鬥機空戰中最重要的性能要求就是“敏捷性”。

當然,鴨式佈局的缺點也很明顯,首先是鴨式佈局雖然能為飛機提供“正升力”,但是在三代機普遍靜不穩定設計下,飛機為了配平會變成“負升力”,所以鴨翼角度需要在飛機飛行過程中做不停的調整,而為了避免鴨翼在不停調整過程中所產生的渦流與下洗對飛機操縱性的影響,就需要極強的飛控設計來讓飛機其他舵面的操縱來配合。


其次是面積率的問題,因為鴨式佈局沒有平尾,不能像常規佈局那樣是通過主翼、垂尾、平尾的耦合銜接、總翼展逐漸縮小來滿足飛機面積率,所以鴨式佈局的面積率會弱於常規佈局,在採用鴨式佈局的飛機在超音速巡航性能上不如常規佈局,而為了提高鴨式佈局飛機的超音速巡航能力,就必須拉長機身來增加長細比,這也是為什麼殲20看著很長的原因。

所以鴨式佈局的設計需要非常強大的飛控設計來支持,而在上世紀八十年代以前,航空微電子技術落後的年代,飛機的機械飛控和模擬電傳飛控是不能支持鴨式佈局的複雜氣動設計要求的,所以直到1984年採用摩托羅拉工作臺處理器的陣風原型機首飛,才算標誌著鴨式佈局的興起。



圖注:1984年首飛的陣風原型機。

而鴨翼對隱身性能的影響其實是一個謠言,起源就是在上世紀七十年代,那個還不能解決鴨式佈局複雜飛控年代下,美國人的那句“鴨翼最好的位置是在敵人的飛機上”。
圖注:美國第一款研究鴨翼高機動性的驗證機“HiMAT”首飛測試在1979年-1983年,而它的鴨翼則是固定的,僅是充當了一個前置渦流發生器的作用,真正有可動鴨翼的鴨式佈局的“X-31”則要等到1986年底了,著名的“F15 ACTIVE”(也稱NF-15B)則是三翼面佈局,並不是鴨式佈局,試飛也是在1984年,所以美國人在上世紀七十年代宣稱“最好的鴨翼是在敵人的飛機上。”

還有後來在90年代初的時候,美國麥道公司與NASA聯合進行了一項“未來戰機研究計劃”,裡面有一個“飛機低可探測”研究項目,在所有測試的幾種取消垂尾的飛機構型中,發現前翼雖然能提高敏捷性,但代價是“可見度尚可”。

但是那個“低可探測性研究”中,麥道公司所指明的兩種鴨翼佈局,115是三翼面佈局,而119則是固定鴨翼的為“鴨式佈局”,其鴨翼只不過充當了一個渦流發生器的作用,與真正的“前置可動鴨翼後無平尾”的鴨式佈局根本就是兩碼事。
圖注:注意其115是三翼面佈局,而119則是充當的“渦流發生器”的固定鴨翼。

所以鴨翼影響隱身其實是一個“以訛傳訛”的謠言,而為什麼五代機中目前只有殲20採用鴨式佈局?

那是因為其他五代機各自誕生年代、性能要求相互取捨的原因;

我們要知道,F22誕生的年代太早,“美國先進戰術戰鬥機計劃”(ATF)的起源要追溯到70年代初,洛克希德馬丁對F22的設計方案定型是在1982年末,技術指標確定是在1983年6月,那個時候F22根本就沒趕上鴨式佈局的興起,而且當時的航空電子技術也不支持,所以F22沒有采用鴨式佈局。
圖注:F22“ATF”


項目技術方案提交要比鴨式佈局飛機實用早的多。

而誕生F35的“美國聯合攻擊戰鬥機”(JSF)計劃,它的技術要求,跟F22這種側重製空的重型戰鬥機根本不一樣,首要要求是“三軍通用”的“聯合攻擊機”,說白了就是一種可以三軍通用並帶一定空戰能力的攻擊機。

所以它最重要的機型是F35B,整個JSF方案都是在圍繞F35B進行的,而F35B要滿足垂直起降要求就很難採用鴨式佈局;

因為F35B前置升力風扇的原因,就導致其中心前移,所以後面要伸出很長的平尾去配平,而鴨式佈局是沒有平尾的,同時一個以多用途為主要要求的“攻擊機”,自然也對以空優“敏捷性”為側重點的鴨式佈局不感冒,所以鴨式佈局就落選了。
圖注:在多國聯合研製的“JSF”


項目之前,美國自己的“JASF”項目(可以看作JSF項目的前身)其原型機就有鴨式佈局,後面要伸出非常長的尾撐來配平。

而自八十年代後期鴨式佈局興起後,全世界所有在八十年代後期誕生以制空為主的戰鬥機,其實都是鴨式佈局。

哪怕是誕生蘇57的“PAK FA”項目,最開始的預研兩個方案;米格設計局的“米格1.44”與蘇霍伊設計局的“蘇-47”也都有鴨翼,甚至在2002年蘇霍伊設計局競標時採用的五種方案裡,也有鴨式佈局。

而蘇霍伊設計局之所以沒選鴨翼,是蘇霍伊總設計師“西蒙諾夫”和“PAK FA”項目總設計師”達維登科”在多種性能上取捨的原因,絕不是鴨翼不好。


所以蘇57儘管沒有鴨翼,但是設計了一個跟鴨翼功能類似的“機翼前緣可動邊條”,但是最終沒采用鴨式佈局的“蘇-57”現在看來明顯是失敗的,幾乎所有軍事專家、軍事愛好者都對它的隱身性能加以批評,甚至俄軍方自己都不願意多采購。

為什麼很多人現在對殲20的鴨翼加以批評,其實說白了都是人云亦云,別人怎麼說他也怎麼說,跟本就沒考慮過鴨翼到底為什麼影響隱身?又為什麼既然鴨翼會隱身,那麼常規佈局那麼巨大的平尾就不影響?



所以我們一定要有一個清醒和頭腦和準確的認知來判斷事物,千萬不能被帶路黨帶跑偏了。

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J20的鴨翼佈局設計雖然不利於隱身,但是有利於超音速飛行時的機動性。如果J20裝備了新一代推比10級的發動機,J20的鴨翼需要減小修型,而不會取消。

理由如下:

首先,如果取消了鴨翼,各個飛行狀態下的操作會變得非常困難。特別是飛機的俯仰操作,如果完全依賴發動機矢量噴口的動作,能量損失太大。


J20鴨翼確實比較顯眼,超音速巡航時,鴨翼的存在似乎是個障礙,但是J20不必追求過高的巡航速度

其次,J20的鴨翼佈局對隱身的影響僅僅在某些飛行狀態下會比較突出。在巡航狀態下,鴨翼對隱身的影響很小,因此對J20的整體隱形性能不會有太大的影響。

除了尾部方向,J20各方向上的隱身性能比較出色,接近F22的水平

第三,按照飛機設計慣例,大幅度修改原始設計的風險太大,歷史上很少這樣做,何況J20的原始設計非常優秀,不存在大幅度修改的可能性。

大幅度修改原始設計,風險太大,且會改變戰機定位,如果取消鴨翼,那J20就成了小型隱身轟炸機平臺了


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