中国的隐身战机歼20前面为什么要加鸭翼?

低调的华丽1985


鸭式布局的前翼作用是操纵飞机纵向俯仰运动,平衡机翼对重心产生的俯仰力矩。

正常布局的飞机依靠尾部的水平尾翼进行这些操作。由于传统气动布局中,水平尾翼平衡姿态的力是向下的,是负升力。改为鸭式布局是为了提高气动效率。改负升力为正升力。

现在出现了静不稳定布局的飞机,水平尾翼的平衡力不一定就是向下的。鸭式布局的优势就不那么突出了。

而且如果飞机是静不定的,鸭式布局飞机的前翼产生的平衡力也是向下的。

目前的战斗机都是放宽静稳定性的,就是接近临界静稳定,仍然属于静稳定的。只不过稳定裕度非常小,接近于零。

此时的水平尾翼基本也不产生向下的负升力,而是处于不断的变化调整状态。

因此,三四代战斗机采用鸭式布局,在稳定性和操作性上没有明显的优势。

鸭式布局和正常布局之间的主要差别是机翼平面形状。鸭式布局都采用三角翼,结构强度好,机翼面积大,展弦比小,有利于高速飞行。正常布局主要采用中等后掠角的小展弦比梯形机翼(F-16、F-18)或后掠翼(F-15、苏-27、米格-29),兼顾高速和亚音速/跨音速机动性。机身中部便于布置围绕重心的整体油箱,后机身也便于对发动机进行维护。

鸭式布局首先是有利于高速飞行,其次是鸭翼改善起降性能,提高亚音速机动性能。如果没有前翼,飞机俯仰要依靠三角翼后缘的差动副翼向上偏转。这样会降低机翼升力,延长起降滑跑距离。为了增加升力,滑跑时机身仰角很大。驾驶员视界变坏。大后掠角三角翼的超音速升阻比高,适合高空高速截击机。对发动机推力可以适当降低。缺点是亚音速/跨音速阻力大。早期的三角翼战斗机主要是截击机。比如法国幻影,美国F-102/F-106,瑞典SAAB 35。苏联苏-9/11,米格-21。

米格-21因为机内燃油少,载弹量小,飞机重量轻,才具有一定的机动性。

法国达索公司的幻影,发动机和米格21一个级别,高空最大速度达到M2。

美国康维尔(后并入通用动力)的F-102跨音速阻力大,J57发动机推力不够。采用面积律设计才顺利超过音速。

瑞典SAAB公司长期采用三角翼布局,战斗机都是M2一级的。

欧洲联合研制战斗机,始终强调对地打击能力。为了多载弹药,还要降低翼载,除了选择变后掠翼,就是鸭式三角翼布局。

中国成都采用鸭式布局,一个原因是引进的鸭式三角翼,二是设计习惯(经验)。重新研究常规布局需要更多的资金投入,耗费更多的时间。

飞机设计应该是有专门的研究机构研究各种气动形状应用研究,大学主要在理论上进行研究,公司工厂只进行方案组合的评估、选择。但是中国的研究所划分的很细。飞机厂也很细,一个工厂基本只生产一种飞机。成都生产歼七,沈阳生产歼六,哈尔滨生产轰五,西安生产轰六,南昌生产强五,几十年一贯制。沈阳所研究歼八,成都所研究歼九。让他们改变一下确实有点勉为其难。


一叶枫流O灵似舞妖


歼-20的鸭翼问题,一直是网友们关心的问题,如四代航发涡扇-15装配以后,鸭翼会不会取消呀等等。2011年“威龙”横空的那天,鸭翼即被闹热地讨论,其中还引用了一句美国专家很知名的话,鸭翼要装在敌人的飞机上。致于这话哪里来的,至今无从考证。

自从网媒出现,各种各样的奇谈怪论,正如冬天弥漫的雾霾一样,使人看不清楚,大部分讨论比较正面,有些则是有毒的。为此央视邀请航空专家曾经做过无数节目,证实了鸭翼对隐身影响,不是一点影响没有,几可忽略不计。

加之美国六代机,波音联合洛马,已给自已装上了鸭翼,热闹的讨论才终得如雾一样转眼消失。魂舞大漠的看法,非专业之士,最好先听听专家的解读,有不解不知不会,可以先学习,最好不要人云亦云,当鹦鹉随波逐流,失之自家判断,即会迷失自已。

鸭翼对隐身,在特定飞行条件下,才有丝微的影响,不过经过精心的处理以后,好处多多。不只改善和提高飞机机动性能,还会增加飞机安全性能。歼-20的成功实践表明,我们选择鸭翼是对的,不只为初期型所装配的发动机性能不佳,也并非对隐身的考虑不多,装上鸭翼是综合考虑的结果。

作为一代隐身战斗机,在设计之初,懂得取舍很重要,有所取有所不取,不盲目追求过多的高新技术和高指标,才能创新出真正实用耐用的装备。歼-20列装后,除了鸭翼被吵吵了一阵子,它皮实结实和耐用,平时不用躺在恒温的机库中,也没有那么多的毛病,应该说它的设计是最为成功的,难道不是吗?


魂舞大漠


目前,全球已经露面的第五代隐身战机已有5款,美国的F-22和F-35、中国的歼-20和FC-31以及俄罗斯的苏-57,而其中在气动布局方面唯一采用鸭翼布局的就只有我们的歼-20战机,这一点让不少网友都“耿耿于怀”,不少认为鸭翼会破坏隐身效果,疑惑歼-20为什么要加装鸭翼?

鸭翼可以提升升力

因为歼-20战机在研发的时候并没有一款先进的大推力涡扇发动机能用(现在也没达到要求),无奈只能采用俄制AL-31F发动机,不过该发动机的最大推力也只有13.5吨左右,很难满足最大起飞重量超过35吨的歼-20战机的要求,而鸭式布局不同于常规布局,鸭翼和机翼分别位于飞机重心的两侧,都可以产生正升力,所以采用鸭翼布局之后,可以提升歼-20的总升力。

鸭翼提升机动性

歼-20战机的鸭翼安装的位置比机翼更高,在该战机大迎角飞行时,前置鸭翼会产生脱体涡流,而涡流在经过主机翼的上翼面时,会与机翼本身产生的气流流动产生有利的干扰,此举可以推迟机翼气流的分离,从而增加歼-20战机在大迎角飞行时的升力,以增强歼-20战机在大迎角飞行时的机动性。

另外,在之前的一次采访中,国内著名军事专家傅前哨称,歼-20在设计要求上都是以超越F-22战机为目标的,而早期立项研发歼-20时得到的F-22战机升力系数是2.0(而当时全球所有战机升力系数最大的也只有1.6),歼-20也就按着这个指标去研发了。

然后歼-20战机问世之后就一不小心成为了全球升力系数最大的战斗机,为了将升力系数提升到2.0也是歼-20采用鸭翼的原因之一,与此同时歼-20的机动性也得到了很大的提升,使得其可操控性完全优于其他五代机。

鸭翼不影响隐身效果

其实,从某种意义上来说歼-20战机的鸭翼只是将常规布局的水平尾翼放到了机翼的前面,而歼-20的鸭翼和F-22的水平尾翼一样,在平飞的时候对战机本身的隐身效果影响并不大,只有在机动飞行转动鸭翼时采用影响,而F-22的水平尾翼在摆动时也会影响它原来的隐身效果。

总之,歼-20战机采用鸭翼可以说是我们对性能追求最优的结果,弥补发动机推力不足、提升战机总体升力、提升战机的机动性等,而且歼-20战机采用的鸭翼与F-22那个巨大的水平尾翼一样,在平飞时并不影响其本身的隐身效果,所以各位也不必对此耿耿于怀。


天下布武


歼-20作为我国空军最重要的隐身战机,已经让空军跟美俄两大军事强国并驾齐驱,也是我国在隐身战机引领世界的潮流,歼20战机已经攀登到我国空军战斗机的最高杰作和巅峰。现在,我国歼-10战机和歼-20战机都装备着鸭翼,经过歼-10战机在前面十年测试,再到歼-20战机鸭翼成功运用,而且还是装备到我国最先进的隐身战机。可见,鸭翼布局好处绝对大于弊。

根据美国六代机研制计划和气动布局,将来也将采用鸭翼布局,而在美国隐身战机F-22和F-35却看不到其鸭翼布局,为何偏偏装备到第六代战机。这说明美军也对鸭翼布局有着相当研究,而不装备在五代战机,主要就是五代战机已经定型不可能推到重来,而下一代隐身战机将是各国追逐的焦点,这也不难理解我国钟爱鸭翼布局。

歼-20战机鸭翼前后缘角度,这对战机进一步降低RCS反射大有益处,在面对雷达波探测之时,其尾翼保持在主翼相同面,在尾翼和主翼相同遮蔽下,这对其尾翼和主翼减弱雷达也是相当有好处,在面对米波雷达更加有隐身的好处。

鸭翼气动布局也是平衡战机外形最重要的一步,对歼-20战机来说,提高其爬升升力和机动性,这对于歼-20战机大角度切入和超音速巡航能力非常重要。毕竟,我国发动机确实不如美俄两国,鸭翼布局正好弥补其缺点。之前,歼-20战机飞行员曾经说过,进入超音速巡航就是歼-20战机天下,可见歼-20战机超音速巡航也是有鸭翼的功劳。

歼-20战机作为所有五代隐身战机中首个采用鸭翼布局,这在F-22、F35,、苏-57等常规布局隐形战机面前想的不合时宜。随着,美国第六代战机加入鸭翼布局行列,未来世界各国也将跟随美国潮流加入。但是,歼-20战机首开先河,对美国也有启示。


沐风谈兵论道


独步全球的无尾鸭式布局!再加上可动边条翼!加全动垂尾!加DSI进气道!加双腹鳍!气动布局独步全球!升力系数达到空前的2.0远超F22A的1.5!超音速性能世界第一!亚音速和跨音速性能一流儿!其飞控品质远优于F22A和苏57!不单单是为了加鸭翼而加鸭翼!中国对歼20的气动布局的需求而采用了无尾鸭式布局!有人说鸭翼破坏隐身!美帝最著名的话但愿鸭翼长在敌国的飞机上!不是美帝不想用也不是鸭翼破坏隐身!恰恰相反美帝真想用!怎么滴也比F22A的两扇巨大的V型垂尾隐身多了!真正原因是鸭式布局控制率太复杂了!美帝搞不定!中国这方面真比美帝领先几十年!中国远远超越美帝!鸭式布局上!高卢鸡不错!但是也远不如中国![打脸][打脸][打脸]



BIRD


鸭式布局的隐身战机,目前中国可以说是独一份。其实鸭式布局也有其自身的好处,最大的好处就是额外的产生了两组空气涡流,牢牢的从主翼面上流过,为战机提供了更好的升力。但最早歼20增加了这对鸭翼,也可谓是无奈之举。

鸭式布局的好处有什么?好处就是为动力不足的战机提供额外的飞行升力,让无法依靠单纯动力输出的飞机,能够获得足够的能量与机动力,相对的身为隐身战机的歼20同样不例外。

最开始的时候,由于国产发动机的不给力,中国只能使用两台从俄罗斯进口的发动机,但歼20终归是要安装国产发动机的,为了弥补未来发动机动力不足的问题,在设计之初就将鸭式布局融入其中,也算是对数值的平衡做出一些弥补。

另外就是技术的成熟,虽然目前世界上有不少的国家都利用了鸭式布局,但在这方面中国的技术是最成熟的,所以把成熟的技术设计放在一架全新的战斗机上,可以有效的提高战机试飞研制的成功几率。

综上所述:之所以歼20要上鸭式布局,起初是无可奈何,但后来就变成了锦上添花。


九品侍卫


自从人类发明飞机以来,其主要问题就是解决飞机的升力问题,解决飞机的气动性能。飞机的升力就是靠机翼上下的空气流速差而产生,这空气流速差值越大,产生的升力越大。产生这差值在于机翼的翼型、机翼的仰角、空气与机翼的相对流速,相对流速与发动机推力有关,发动机的推力作用的大小又与飞机的气动外形设计有直接关系,因空气的阻力是速度的平方,速度越大,阻力是平方的增长。飞机气动外形设计决定发动机推力的利用率高与低。故此,要做好一架飞机,首先必须做好飞机的气动设计,优异的结构设计,采用高强度的轻质材料减轻重量,提高升力的利用。那些所谓“只要发动机好,板砖都能飞”、“发动机不好,靠气动补”都是一些无知与智障言论,认为美国航发好的,见过美国的飞机不用机翼了吗?美国的飞机就不用遵守气动法则?f22战机物理尺寸比歼20小,f119发动机推力是世界前列,其速度、机动性、敏捷性、航程不如歼20,原因就是气动设计不如歼20,比如蝶形机翼在超音速下不如三角翼,梯形垂尾就不如后掠式全动垂尾。

莱特兄弟发明的世界第一架飞机,就是鸭式布局的飞机,除了机翼产生升力外,飞机的鸭翼也产生升力。鸭式布局也称之抬式飞机,其意是前后机翼产生升力抬起飞机,不像常规式飞机水平尾翼在飞行中产生负升力。飞机分两大类常规式布局与鸭式布局飞机,鸭式布局飞机在发明后没有广泛利用,主要是操作控制复杂,鸭翼有两种功能,配平与俯仰。不像常规式飞机的尾翼,有自动配平功能。随着飞行速度越来越快,人力操作根本无法控制鸭翼。

随着科技进步,战机从螺旋桨的亚音速时代进入超音速时代,亚音速飞机的升力特性满足不了超音速飞行特性,比如,亚音速的机翼要求大展弦比后掠角度小,而超音速则要求机翼大后掠,小展弦比。为满足亚音速与超音速的飞行要求,利用涡流增升进入气动设计的视野,比如利用边条翼产生的脱体涡、进气口尖角产生的涡流、特别是利用鸭翼产生的强大的涡流流过机翼上产生的增生升力,而且还有跨音速阻力小、配平阻力小,机动性、敏捷性远优于常规式战机,这就是鸭式布局在气动上优异之处。80年代美国的鸭式布局的x31试验机,就大比分战胜经改装过的f18战机。鸭式布局飞机也带来了操控异常复杂,其风险远大于常规式飞机,在电传飞控不成熟时代,鸭式飞机基本是无法操控的,如今鸭式电传飞控也远远复杂于常规式电传飞控。

歼20采用鸭翼,正是利用了鸭式布局在气动设计中优异的升力特征。





清风云淡霞满天


很多的人觉得我们的飞机和美俄的战机不一样的主要原因是人家是常规布局的,而我们是鸭式布局的,从而推导出一系列的中国发动机不行的结论。


其实呢,并不是完全是这样的,甚至说两者都没有直接关系。要想弄清这件事就得了解下飞机的控制原理了。

对于飞机的升降俯仰基本上都是靠升降舵来完成的,这个升降舵装在飞机的尾部叫做水平尾翼,如果装在飞机的前部就叫做鸭翼了。


升降舵的气动中心的位置到飞机升力中心的位置的距离叫做升降力矩(xWC),这个概念先记下来。


我们的飞机设计,主要是三角翼设计,从歼-7开始就是。

只不过,歼-7是常规三角翼布局,这个布局有水平尾翼的位置,然而我们为了追求更大的机翼载荷,扩大了三角翼的面积,于是就成了类似于幻影2000的布局。这个布局实际上也是一个主流的战斗机布局。

但问题来了——三角翼无尾翼布局升降舵被设计在主翼后缘。这样一来飞机的升降力矩就大幅度的缩短了。升降舵的效率就大幅度降低。


于是幻影2000这类的战斗机就需要做出改变来提高机动性了。

最典型的一个例子就是以色列的幼狮战斗机,它脱胎于幻影战机的设计。

在机身前部增加了鸭翼。这样升降力矩就由鸭翼到主翼的升力中心就大大的延长了。


很多三角翼布局的飞机现在都是采用鸭翼的设计。

实际上就是大翼载的前提下提高机动性的设计。

同时鸭翼还有一个好处——增升力。

我们来看一架鸭式布局战机在飞行的时候,由于鸭翼对气流的扰动造成了主翼上的空气气压降低,这样,主翼就可以获得更大的升力。


当然了,有一句话是特别的误导大家的“鸭翼最好要装在别的飞机上”。

这句话实际上是没有真正的出处的。

如果尽量往前放能取得更好的升力和控制效果的话,那么现在的战机都有更大的前部空间支持鸭翼前移,而非采用近耦的设计。看图是不是就明白“鸭翼最好要装在别的飞机上”是一句误导人的话了呢?



所以说,歼20前面为什么要加鸭翼——就是在获得足够大的机翼载荷后能够继续保持高机动性的设计。


军武数据库


很多军事爱好者都发现了一个问题,那就是中国的飞机基本上都是鸭翼布局,当然这个布局基本上是最近二十年的常用布局,在九十年代之前的产品基本上我们没有使用,只是在歼二十和歼十战机上面有使用这种布局,而外国的飞机基本上不使用这种,特别是在隐身战机上面,鸭翼布局其实会影响隐身效果,增加一定的雷达反射面。


明明知道鸭翼布局会影响隐身效果,但是我们为什么还要使用呢,其实这是考虑到我们的痛处发动机推力不足,没有成熟的矢量发动机的前提下,为了提高飞机的机动性能,所以只能无奈的选择影响隐身的鸭翼布局来弥补发动机问题的缺陷,这也是没有办法的事情,毕竟发动机技术一直都是我们的短板,虽然说这些年一直在不断的投入研究,但是进展的确跟不上主流。


飞机不只是要求飞得高飞的快,还要的是有强大的机动性能,这些都直接由发动机好坏决定的,好的发动机不但可以提供强大的推力,还能提供超强的机动性,在这方面美国和俄罗斯的飞机都是非常出众的机动性,能做出各种难度非常高的动作,所以发动机好坏直接影响到飞机的性能高低,为什么美国飞机不使用鸭翼布局,原因就是因为发动机够立力,足以满足飞机的各种需求,所以不需要使用这种布局。

我们不一样我们在发动机技术上面跟美国有很大的差距,主要是在发动机材料配置上面,还有就是在发动机配件加工技术上面,燃烧炉的燃烧率高低上面,总之在这些方面我们还需要加大这方面的投入研发去突破,鸭翼布局其实就是为了弥补发动机技术的不足而使用的,如果我们的发动机技术达到相应的水平,也不会真正的去考虑这种鸭翼布局了。

歼二十之所以使用这个布局本身就是一种无奈,隐身战机本来就是雷达反射面越小越好,鸭翼布局影响隐身效果,我们其实也是很明白这个道理的,但是没办法没有成熟的发动机技术,为了达到一定的机动性能,只能通过使用鸭翼布局来弥补不足,目前的确是这样的,未来我们的发动机技术成熟以后,这种无奈就不会存在了,现在发愤图强才是主要的。


无法超越的足迹


中国空军在制空战机的选择上,历来有注重机动性的惯例。在航空工业自主开发第三代战机时,就引入了鸭翼式气动布局设计,成功作品就是成飞的歼-10战斗机,经过实际使用后,鸭翼式气动布局设计的优点被后续的四代机歼-20得以延续。

先来看看鸭翼式气动布局相对传统气动布局设计有什么样的优点。鸭翼式气动布局设计是现代战斗机的典型气动布局之一,汇总起来主要有以下几点独到的优势:第一点,鸭翼式气动布局可以提升飞机的总升力,改善该类气动布局飞机的升力特性。其实原理很简单,主翼前边增加一对小鸭翼在自身能提供一定升力的同时,气流经过鸭翼在主翼的表面产生涡流,使得主翼上下表面的压力差增大,从而提升整个气动布局的升力特性。

第二点,平衡安定性有助于提升飞机的操纵性。在飞机设计中,操纵性和安定性本身就是一对矛盾,理论上安定性越好飞机的操纵性越差,两者成反比例关系。鸭翼式飞机需要在飞行过程中不断的根据飞机的姿态调整鸭翼的偏转角度,飞机的操纵响应能力得到改善;但同时带来的了对飞机操纵系统有较高的要求的问题。

第三点,一定程度提升飞机的机动性能。由于整个气动布局本身就是静不稳定性的,因而鸭翼式气动布局对于飞机在大仰角状态下的机动以及飞机的滚转性能都有很大助益,这对于飞机在空战中的作用尤为明显。

在谈及上述几大优势的同时,也有必要提及一下鸭翼式布局的缺点。鸭翼式气动布局缺点在于更多的在考验飞机的飞控性能,因而有了美国人讲的“鸭翼最好是用在别人的飞机”的说法;对于四代机来说,鸭翼布局最大的缺陷就在于影响隐身性能,主要是体现在机头迎头方向,并不好进行处理。这也就有了很多人纠结为什么歼-20鹤立鸡群有对小鸭翼。

歼-20之所以采用鸭翼式布局设计,很大程度上和其最初的设计定位有直接的关系。毫不避讳的说,歼-20在研发之初,其所选用的参照战机型号就是美国的F-22,而F-22正是以其超强的机动性能而著称的,其机动性又来源于强劲的发动机;因而歼-20在设计时考虑到机动性不能低于美制F-22,在没有强劲的发动机支撑的条件下,只能发动机不够气动来凑。

最近很流行一种说法,我们最早在国内对于F-22的升力系数有误差,原本一直认为F-22升力系数大于2,结果后来发现实际只有1.5,因而歼-20在设计的时候是瞄准F-22超过2的指标设计的。无论这种说法正假如何,从理论上应证了歼-20使用鸭翼的效果,那就是鸭翼布局优异的升力特性,在当时的技术条件下,也是升力系数唯一有可能超越2的方案。

有关隐身性问题,歼-20不如F-22是一个不容争辩的事实,目前网传的歼-20隐身数据大多来源于猜测,官方并没有公开相关信息。但从官方对于歼-20的定位来看,“高隐身、高机动、高态势感知”,可以看出官方对于歼-20的隐身性还是很满意的。其实歼-20上使用的鸭翼布局有别于歼-10版本,而是在鸭翼与主翼之间增加了升力体边条,因而其气动布局全程为“小展弦比升力体边条鸭翼式气动布局”,兼顾了隐身和机动性之间的矛盾。

前文我们提到了歼-20的研发目标就是美制F-22战斗机,因而我国在设计过程中极为注重战机的高机动性和高敏捷性,鸭翼式布局配合全动式垂尾、特有的腹鳍以及较大的机身长宽比,这些设计综合起来带来的技术优势就是歼-20具有超强的机动性和理论上较高的最大飞行速度;在没有换装配套发动机的基础上,依然能在歼-20飞行员嘴中听到“一旦进入超音速就是它的天下”的高度评价,这就已经说明了问题。

也从层面印证了歼-20首创的“小展弦比升力体边条鸭翼式气动布局”的优越性,鸭翼在歼-20上获得成功,这和空军实际使用同样采用鸭翼式布局的歼-10有很大的关系,至少解决了飞控问题,性能得到空军的认可。

在定下较高的技术指标后,想要实现这一指标最直接的就是应用歼-9、歼-10鸭翼式布局设计的技术积累,首先解决了升力问题,同步拓展飞机的高机动性和敏捷性。在没有大推力发动机的现实背景下,使用升力系数只有一点几的常规布局很难达到预期的设计,由此可见,歼-20使用鸭翼布局是一条比较切合实际的发展路线。


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