03.02 三翼面、鴨翼、常規、飛翼這幾種佈局各有什麼優缺點?

墨小俠閣下


常規佈局符合自然界中鳥類的形態,是生物進化的最優結果。主翼在重心附近,承擔主要重量,尾翼遠離主翼和重心,既能減少相互干擾,又能提高操控力矩。

鴨式佈局出於消除負升力,提高翼面升力。但是操控性變差。在低速飛行的時候缺點不明顯。

在螺旋槳飛機時代,發動機很重,導致重心很靠前,沒有足夠的距離佈置前翼面。所以螺旋槳飛機都是主翼很靠前,像一個“士”字。

三翼面是二戰後出現的自動控制理論與人體工程學結合的產物。提出來“隨控佈局”的概念。飛機的氣動佈局要根據操縱者的需要進行設計安排。在這個佈局概念中,飛機的飛行姿態完全根據駕駛員的需要。飛機可以平移、轉動。美國在F-15上進行了三翼面隨控佈局試驗。

俄羅斯的三翼面戰鬥機不是隨控佈局飛機。因為其前翼是不動的,只是增加飛機的升力。

顯而易見,三翼面的隱身效果比較差。

飛翼也是出於利用升力的考慮。傳統設計都是用機身承載重量。相當多的重量不能用來產生升力。飛翼取消了機身,或者說整個機身都做成機翼形狀。

飛翼的缺點是方向、俯仰和橫向安定性差。

飛翼的縱向穩定性一般是小於等於零的。由於沒有垂尾,一般只有垂直安定面,長長的翼展對方向穩定性影響很大,也不容易手動控制。飛翼的橫向靜穩定性力矩較大,遇到側風產生側滑形成滾轉運動。一般飛翼沒有上反角,不容易自動修正。諾思羅普XP-79就因為進入慢滾轉無法恢復而墜機。YB-35、YB-49也是如此。

總之,飛翼的安定性很差。諾思羅普熱衷於飛翼設計,但是始終無法解決如何穩定飛行。直到計算機自動控制系統出現,才有了B-2。






一葉楓流O靈似舞妖


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這是一個關於空氣動力學的故事,既然是故事,咱們就用事實說些故事。

三翼面佈局:

還記得上世紀90年代後期到本世紀頭幾年,中印分別向俄羅斯買了幾批蘇-30,那時候起關於中國採購的的蘇-30MKK和印度採購的蘇-30MKI孰優孰劣的爭論熱鬧了好些年,其中有一個觀點就是認為蘇-30MKI是帶鴨翼的三翼面佈局所以機動性要強於普通佈局的蘇-30MKK。

印度蘇-30MKI起飛時鴨翼基本處於水平狀態

有意思的是,那時候的蘇霍伊三翼面和矢量推力都剛剛完成概念驗證,所以造出來的蘇-30MKI技術尚有技術風險,三翼面的控制和實際效果還是未知數。後來新一代改型蘇-35又恢復了雙翼面的常規佈局,而新一代蘇-30MK依舊採用帶鴨翼的三翼面佈局。

三翼面佈局可以看作是傳統佈局和鴨式佈局的結合體(更偏向於傳統佈局),本意是取兩種佈局之長,但實際效果1+1小於2。正如上圖蘇-30MKI所示,三翼面飛機在低空低速機動中,鴨翼不提供主要的控制力矩,更多的靠平尾來控制,所以在起飛、著陸時鴨翼處在中性位置(基本是平的),直到超音速時才會起到較大作用(例如更好的配平機體升力中心)。

蘇-35已經恢復常規氣動佈局

蘇-35由於裝備了矢量推力發動機並且採用更輕的數字化航電及機頭材料後,鴨翼就不需要了。很顯然類似於蘇-30MKI這種三翼面佈局的鴨翼作用並沒有完全體現出來,還額外增加了飛行阻力,對飛控軟件的設計的簡化也許有點用。至於新一代蘇-30MK改動幅度沒那麼大,為了克服機頭過重等問題依然採用了帶鴨翼的三翼面。

三翼面佈局美帝也做過相關的研究,比如下面這位:

美國先進技術驗證機NF-15B

美國至今沒有一款投入實戰的三翼面飛機也許很好的說明了三翼面飛機的實際價值。

鴨式佈局和常規佈局

1910年萊特兄弟製作的“飛行者”1號可以算作是鴨式佈局飛機的開端,那時候的人們自然而然的想到把操縱面設置在機頭位置,至少看上去這樣設計更為合理。但實際上鴨翼操作很麻煩,完全超出當時的技術水平。例如:鴨翼上偏時,機頭抬起,這樣進一步加大了鴨翼的上偏角度,整個操縱是非線性的控制關係,過度抬頭容易引起仰角過大而失速等問題。

法國“陣風”戰鬥機採用近距耦合鴨翼佈局

因為駕馭不了鴨翼,鴨式佈局飛機一時間完全被常規佈局的飛機取代,直到上世紀50年代第二代噴氣式超音速戰鬥機的出現。人們發現戰鬥機在超音速飛行時,隨著速度增加飛機的升力中心逐漸後移,機身後部被託舉導致飛機有一個低頭的趨勢(向下力矩)。為了保持平衡,常規佈局的飛機利用平尾下偏產生的負升力(向下力矩)壓住機尾,總體效果相當於惡化了整機升力特性。

採用常規佈局的F-16平飛時平尾下偏

如果採用鴨式佈局,隨著飛機速度的增加,可以逐漸增加鴨翼的上偏角度產生正升力抵消越來越大的低頭力矩,總體效果相當於改善了整機的升力特性。

隨著電傳技術的出現,由飛控計算機控制的鴨式佈局飛機能精確的完成鴨翼和襟翼的配合,克服了過去不能解決的鴨式佈局缺點,釋放出巨大的性能優勢。如今採用鴨式佈局的飛機普遍具有短距起降、低速機動好的特點,仰賴於鴨翼產生的渦流對主翼氣流流場產生的有利干擾,而鴨翼本身既可以作為升力面又可以作為俯仰操縱面。

不過有人質疑鴨翼佈局會影響飛機的隱身特性,這方面還沒有明確的資料證明這點。

飛翼佈局:

實用化的飛翼式氣動佈局飛機直到20世紀90年代才出現,但人類對飛翼氣動佈局的研究早在20世紀20年代左右就已經開始。

飛翼佈局的飛機僅保留作為升力體的機翼,減去了常規佈局飛機其他的機身、機翼重量和阻力,所以氣動效率特別高(升阻比高),因為這個原因很多滑翔機也是飛翼佈局。飛翼佈局的飛機難點和缺點在於穩定性操控,因為它沒有平尾和垂尾。

B-2A是飛翼式氣動佈局集大成者

至於飛翼式飛機B-2A的操控在我另一篇文章簡單提到過:

未來的航空航天戰略要求當如美國正在努力的方向:”更好、更快、更廉價",超音速飛行器還會再回來,並且會更快,其中減阻是重中之重,未來飛行器可能的發展方向之一就是基於飛翼式佈局的改型:

美國X-48B翼身融合體飛機

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鴨翼佈局分為近距耦合和遠距耦合兩種,沒有中距耦合,而根據鴨翼與主翼的水平放置位置有可以分為很多種。這些佈局各有優劣。

鴨翼機的話,一般來說都是配合三角翼,對於遠距耦合來說,鴨翼一般與主翼在同一水平面上,增升作用微不足道,鴨翼+三角翼優化超音速波阻,

遠距耦合更擅長超音速配平,擅長超音速


J20就是遠距耦合鴨翼,而且是上述所說的專為超音速而生的戰機,除去機翼以外,J20的其他設計也有很多是為了超音速而設計的,比如大長細比,也就是機身長度。

對於近距耦合來說,增升是主要的。增大最大升力係數,因為這類飛機的升力曲線斜率都很低,也就是說隨著攻角的變化,升力係數得變化並不明顯,只有達到較大的攻角,升力係數才可以明顯提高。

而依靠近距耦合鴨翼,J10,陣風這類的飛機可以做到短距起降,增大瞬盤。

但是鴨翼機也是有缺點的,這些缺點對於近距耦合和遠距耦合都是通用的。

第一個缺點就是,由於省略了平尾,鴨翼到重心的力臂又較短,所以俯仰配平效率較差。一般鴨翼機的可控攻角都較低,無TVC的無尾鴨翼機沒有一架展示過過失速機動能力。這就很說明問題。

第二個就是,三角翼誘導阻力較大,所以鴨翼機亞音速升阻比較低,鴨翼機亞音速機動能力一般較差。

第三個就是,鴨翼機的正向RCS會受到一定程度的影響。

J10就是典型的近距耦合

三翼面的佈局和鴨翼一定程度上來說是有些相同的。

只不過相對於鴨翼機的優勢就是在有平尾的基礎增加鴨翼,鴨翼可以增高升力系數,以及參與俯仰配平。而且載荷可以分配的更均勻。

三翼面的缺點也很明顯,因為三翼面的鴨翼往往都很小,而且也是與主翼在同一平面,實際增加的升力係數很有限,鴨翼參與俯仰配平的力度也較低,而且會帶來結構上的增重,有時候會得不償失。


蘇33就是典型的三翼面,而且目前來說是世界上最重的艦載機。

常規佈局的話,是目前最常見的佈局。個人認為,常規佈局的最大優勢就是,俯仰配平能力強。由於平尾到重心的距離最長,所以從配平效率上來講,平尾是最好的。俯仰配平能力較高的好處就是,可控攻角較大。

而且平尾的可控力度較大,在較高的攻角表現也較好。

缺點就是一般情況下,在主翼等其他參數大致相同的情況下,常規佈局的超音速性能不如遠距耦合鴨翼。

而且再過高的攻角中,平尾表現出的配平效率較鴨翼來說也是半斤對八兩。

F-22就是典型的常規佈局

飛翼式飛機由無尾飛機發展而來,機身和機翼融為一體,也就是所謂的飛翼。

飛翼佈局的優點結構重量輕和阻力小的特點,而且隱身性好,阻力小的好處就是升阻比高,巡航效率就更高,航程就更遠。

缺點就是,由於缺少有力的操縱面,飛翼佈局的機動性很差,一般都是用在隱形轟炸機上。


“幽靈”轟炸機B-2就是飛翼佈局

需要注意的是,飛機的氣動佈局只能夠影響飛機的性能,無法做到決定飛機的性能。

舉個例子,之前談到了一般情況下,在主翼等其他參數大致相同的情況下,常規佈局的超音速性能不如遠距耦合鴨翼。

但是F-22由於藉助TVC進行超音速配平,超音速性能反而超過了鴨翼+三角翼的佈局,這就是動力系統對於飛機性能的影響。

還有一個就是超音速陷阱,國內網友稱之為“蘇27軟骨病”這就是材料強度和設計結構對飛機性能產生影響的典型例子。

希望大家不要唯氣動論。


英雄光


我是東斯坦因,認真對待每一個問題,盡最大努力詳盡透徹的回答每一道問題。(當然有時可能篇幅有點長)。希望喜歡的朋友,可以點擊上方的“關注”。


1.三角翼:是飛機機翼平面形狀的一種,由於其形狀形似三角形而得名。三角翼飛機分為有平尾式和無平尾式兩類。

三角翼優點:

  • 超音速飛行阻力小,翼面積大,機翼油箱大,翼載低,水平機動性能三角翼飛機好,而且後掠角大,阻力小;

  • 結構強度高,機翼重量輕、剛度好,有利於收置起落架,安放燃油和其他設備;

  • 跨音速時機翼重心向後移動量小,動力三角翼超聲速阻力小,從亞聲速過渡到超聲速時機翼壓力中心向後移動量小,這對於舵面平衡能力比較差的飛機尤為重要,所以無尾飛機和鴨式飛機基本上都採用三角翼。

三角翼缺點:

  • 低速巡航,角翼飛機翼飛機展弦比較小,亞聲速飛行時的升阻比低,故亞聲速巡航特性不好;

  • 著陸時操縱性差,小展弦比的三角翼只有在大迎角下有足夠升力係數,因飛機著陸前迎角不能很大,而且在降落時需要機頭上揚,飛行員難以觀察地面情況,故其著陸性能較差;

  • 低速機動性差,翼尖會產生氣體分流,造成機翼顫動,而且持續盤旋時大面積機翼會造成大阻力,急劇消耗能量,造成持續盤旋能力低。

2.鴨翼:早期的鴨式佈局飛起來像一隻鴨子,“鴨式佈局”由此得名,前移的前翼也由此而被稱為“鴨翼”。 無水平尾翼,機翼前面有水平小翼面的飛機。鴨式佈局,是一種十分適合於超音速空戰的氣動佈局。

鴨翼優點:

  • 在同等條件下鴨式佈局的飛機比傳統佈局的飛機具有更好的機動性。採用鴨式佈局的飛機在正常飛行狀態下並沒有多少優越性,但是當飛機需做大強度的機動如上仰、小半徑盤旋等動作時,鴨式佈局的飛機的前翼和主翼上都會產生強大的渦流,兩股渦流之間的相互偶合和增強,產生比常規佈局更強的升力;

  • 鴨式飛機比平尾和無尾佈局的飛機更容易實現直接力控制,這對於提高戰鬥機的對空和對地的作戰能力有很大好處,鴨翼差動配以方向舵操縱可實現直接側力控制,鴨翼加機翼後緣襟翼操縱可實現直接升力控制和阻力調節;

  • 鴨式飛機的低空駕馭性較好,鴨式飛機一般採用大後掠小展弦比機翼,它的升力線斜率較低,鴨翼位置靠近駕駛員,有利於突風緩和系統的應用;

  • 鴨式飛機因有前翼而不易失速,有利於簡化飛機駕駛和保證飛行安全。

鴨翼缺點:

  • 雷達反射率較大,不利於隱身;

  • 一旦鴨翼受損,缺少鴨翼提供的升力,輕者機動性巨降,重者直接失速墜毀;

  • 鴨式飛機起飛著陸性能不好:

  • 鴨式佈局氣動設計上很複雜,所以鴨式佈局對於飛控軟件設計,對於電傳操控,對於航電等都有極高的要求;

  • 鴨翼在大迎角時誘導阻力較大,其失速也早於機翼;

  • 鴨式佈局的飛機一旦定型,在氣動上基本上就很難改進。

3.常規:飛機設計師們通常將飛機的水平尾翼和垂直尾翼都放在機翼後面的飛機尾部。這種佈局一直沿用到現在,也是現代飛機最經常採用的氣動佈局,因此稱之為“常規佈局”。

常規優點:

  • 技術成熟,這是航空發展史上最早廣泛使用的佈局,理論研究已經非常完善,生產技術也成熟而又穩定;
  • 各項性能比較均衡。
  • 相對鴨翼來講雷達反射面積較小;重量輕些,隱身性能加強。
常規缺點:

常規佈局的缺點一句話就可以概括。常規佈局很全能,但又全都不能。

4.飛翼:是一種沒有尾翼和機身,機身和機翼融為一體,只有巨大機翼的飛機。

飛翼優點:

  • 機翼不會產生向後彎曲的傾向

  • 提高氣動效率,增大航程

  • 具有良好的雷達隱身性能

  • 提高飛機的氣動性能,增加了升力

飛翼缺點:
  • 飛翼在某一飛行速度下還容易保持穩定;
  • 操控難度大,飛機偏轉或縱向擺動時難以及時糾正;
  • 起飛、著陸滑跑距離較長;
  • 機翼必須加厚加重,不適合高速飛行。


就到這裡,各位對此,是否還有其他高見?或者你們還有哪些補充,一起來探討。

非常歡迎大家來吐槽!!!


東斯坦因


(殲-20底部圖)

(本文由桌面戰爭兵棋原創撰寫,圖片來源於網絡。“桌面戰爭兵棋”專注于軍事領域的耕耘,堅持原創,堅守初心。歡迎您的指點。)

人類對上天飛翔的渴望從來沒有停止過,2000多年前中國發明的風箏就證明了這一點,風箏雖然不能帶人上天,但是體現出了人們對天空的嚮往,古老的風箏確實可以說是飛機的老祖先了,直到20世紀初,在美國有一對兄弟在飛機的發展史上重重的畫上了一筆,他們就是萊特兄弟。他們製造出了第一架靠著自身動力就可以進行載人飛行的飛機---“飛行者”1號,而且成功試飛(普遍都認為是萊特兄弟發明的飛機,當然可能還有其他說法)。飛機的構成大概分為五個板塊:機身、機翼、尾翼、起落裝置和動力系統,今天要給大家講解的就是軍用飛機中各種翼面佈局產生不同的影響。

按照戰鬥機的翼面氣動佈局分類來講,大致分為以下幾類:常規佈局、鴨翼佈局、三翼面佈局和飛翼佈局。

(F-22戰鬥機)

【1】常規佈局(WT)

常規佈局來講是從萊特兄弟發明飛機一來一直沿用至今的一種佈局,美國的戰鬥機就很喜歡這種佈局,新一代的戰鬥機F-22也是採用的常規佈局。簡單來講常規佈局就是主翼+水平尾翼,是一種很經典的氣動佈局設置方式。常規式佈局沒有什麼優缺點,它在各個方面都十分常規,因為這種佈局技術使用最早,它的理論和技術都已經達到成熟的狀態了,可以使戰鬥機的性能達到一個均衡的狀態。

(常規佈局的F-22戰鬥機)

【2】鴨翼佈局(CW)

鴨翼佈局又可稱為前翼佈局,在前蘇聯時期有人發現如果把飛機尾部的水平尾翼移到主翼之前,可以用比較小的翼面達到同樣的飛行效果,經過後來的長期發展才有了現在比較成熟的鴨翼佈局,名字源自於法語中的鴨子,因為把水平尾翼配置在前方,像是鴨子蹼一樣,所以稱為鴨翼。這種鴨翼佈局簡單來講,在正常飛行的情況下並不比常規佈局優越多少,但是在做垂直上仰、小半徑的盤旋飛行時,可以產生兩股渦流,從而產生更大的升力,在大迎角的狀態上,鴨翼還可以產生低頭力矩,可以控制機身不會過度抬頭,而且採用了更小的機翼,減少了雷達波的反射面,增強了隱身能力,我國的殲-10和殲-20都採用這種鴨翼佈局。

(殲-10戰鬥機,十分經典的鴨翼佈局)

(同樣採用鴨翼佈局的殲-20)

【3】三翼面佈局(CWT)

三翼面佈局總的來說就是結合了常規式佈局和鴨翼佈局的各個優點的結合體,採用的是前翼+主翼+水平尾翼,這種三翼面佈局方式綜合了前兩種佈局的優點,不僅改善了大迎角特性,提高了最大升力,再加上機翼多,操縱性能大大提高,水平機動性能也得以提升。而且比起鴨翼佈局改善了起降功能,更適合作為艦載機,配置在航空母艦上。缺點就是翼面多,雷達波反射面也增加了,隱身能力不強,阻力也比其他兩種佈局大。採用三翼面的戰鬥機並不多,我國的殲-15採用的這種佈局

(採用三翼面佈局的殲-15戰鬥機)

【4】飛翼佈局

飛翼佈局最簡單的來說就是取消了所有的水平尾翼,垂直尾翼全無尾佈局,就像一片樹葉,在空中飛行,採用了這種飛翼佈局的目前服役機型裡只有美國的B-2隱身轟炸機,這種飛翼佈局完全是為了隱身性能研發出來的,它的雷達波反射面積只有同類飛機1/100,(關於B-2隱身轟炸機的隱身能力上一次有寫一個專題,感興趣的朋友可以去看一下)。但是這種飛翼佈局操縱性能低,機動性能也差,不適合用於戰鬥機,所以目前只有執行戰略轟炸的B-2隱形轟炸機採用這種佈局。

(B-2隱形轟炸機)

除了這幾種主要的分類的氣動佈局以外還有一些特殊佈局,如無尾佈局等,氣動佈局的各個翼面佈局主要決定了飛機的機動性能,還有武器掛載、發動機和油箱等問題。無論是常規佈局,還是三翼面佈局等等,每種佈局都有各自的優缺點和實用性,只有適用於當前戰場的氣動佈局的戰鬥機才能發揮最強的戰鬥能力。

(採用無尾三角翼佈局的幻影2000)


桌面戰爭兵棋


它們各有特點,都有成功案例,沒有哪個好,哪個不好,就是為了適合戰場環境。



無尾三角翼飛機跑的快,適合做攔截,遠距離奪取制空權。代表作就是幻影2000,努力減輕壓力和阻力。



鴨翼戰鬥機靈活,指向性快,偏向於制空權,適合格鬥,奪取制空權。鴨翼戰鬥機的傳統是,做中小型,中國殲20能做大型鴨式戰鬥機,是世界第一份。



正常翼佈局,各方面平衡,哪一方面都行。關鍵在於深厚的底蘊,尤其是動力必須跟上,動力好就全都好。



飛翼佈局最大特點隱身,特別是轟炸機,來無影去。由於飛行性能不好,很難控制,製作難度大。也可以隱身運輸,比如隱身加油,不是和隱身電子戰,電子戰也不好隱身,本身就是電磁源,只能以亂隱身隱身。



三面佈局希望各方面都好,希望各方面都很優秀,前提是動力必須好,飛控必須好,因為多了一對頁面,控制是難點。如果做不好,各方面都不好。其實沒有一面最好,阻力小,用燃料控制,特別好掛載,存放空間小,應該是方向。


大志遠思想空間


幾位大神給了相應評價,我都非常同意。我只是一個航空愛好者不是專業人員。我只補充幾個說法。

首先呢說常規局部這個東西從萊特兄弟開始,我認為是錯誤的。這個說法來自很多國內資料以及百度。這些地方都是這樣子寫,也被很多愛好者採用。但是我想說一下的是,實際上萊特兄弟的飛機和滑翔機,至少我看過的圖片,都是鴨翼佈局的。如果你覺得萊特兄弟的飛機是常規佈局,對不起估計圖片你看反了。

所以說人類動力航空的歷史,其實是從鴨翼佈局開始的。正確的說法是遠距鴨翼。氣動這個東西,根本不是一個帖子可以說清楚的。相關的書籍我大致翻過,估計談個幾天幾夜都沒問題。但就鴨翼來說,分成遠距,中距耦合,近距耦合很多種鴨翼分類,每一種對應的空氣動力效能都不一樣。同理飛翼面佈局也分很多種,這個問題。還是留給更專業的人來解答吧。


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