03.02 为什么隐身战机少有选鸭翼的?

利刃号


图注:歼-20采用鸭式布局,一方面是源自设计需求,另一方面也体现设计单位的设计风格和传统

这个问题其实需要分两个层次来回答。第一个层次,战斗机鸭翼布局和常规布局选择有何不同,第二个层次,是鸭式布局是否适合采用隐身设计。

战斗机鸭式布局和常规布局,其实是因飞机设计需求、思路、理念的不同而产生的两种不同的总体设计风格和方案,其中鸭式布局与常规布局的主要区别,在于鸭式布局将常规布局中的尾部水平尾翼前移到机身前部,位居机翼之前,成为前置鸭翼。由于总体气动设计区别,鸭式布局飞机和常规布局飞机在总体空气动力学性能上有明显的风格差异。

其中常规布局被认为是一种非常均衡的总体设计方案,能够兼顾飞机各种性能需求,在气动性能角度来看,没有特别突出的亮点,也不会有特别弱的短板,而在飞机设计理论上,性能均衡、综合性能没有短板的设计是被认定为优秀的设计,因此常规布局以其“堂堂正正”,在飞机设计领域占据最主要位置,采用常规布局设计方案的战斗机是最多的。而鸭式布局与很多其他独特的气动布局比如无尾三角翼布局等,都属于“有特点,有特色”的设计,鸭式布局最大的优势在于机动性。首先,一般的常规布局飞机在进行大过载机动飞行的时候,要提高飞行仰角,通常是先通过调整水平安定面产生一个下压的力,由于水平安定面在飞机的重心之后,如将飞机的重心看作是一个支点,因此作用在水平安定面上的下压力就可以促使飞机产生一个向上的抬头力矩,从而机头上仰,增大迎角以产生更大的升力。而鸭式布局的飞机则不同,由于鸭翼在飞机的重心之前,因此鸭翼与主翼面的操控方向是一致的,在飞机作增大迎角飞行中,鸭翼本身产生的也是正升力。与常规飞机相比,鸭式布局升力的一增一减,所产生的影响非常大,它增大了飞机的总升力,从能量的角度看损失最小。其次,由于鸭翼可以看作一个涡流发生器,因此像典型的鸭式布局战斗机——歼-10飞行中迎面的气流流经鸭翼,就会形成一个脱体涡流,当涡流流经机翼上表面时,可以改善翼面表面的气流流场,这也有助于提高升力。尤其是在近距耦合鸭式布局中,鸭翼与主翼距离更近,此时鸭翼产生的脱体涡流对于主翼的影响更为明显,可获得相当程度的升力系数增量,这一作用可以产生数倍于鸭翼面积所产生的正常升力。简单说,鸭式布局设计可以赋予战斗机更强的机动性和敏捷性。但鸭式布局也有缺点,比如大迎角机动能力不如常规布局飞机,在大迎角状态下可控性稍差,这会降低其超机动性。因此,从某种角度来说,鸭式布局是弥补战斗机动力系统技术水平不足的一种很好的设计,而像美国这样的航空动力顶尖强国,不需要通过鸭式布局来弥补动力系统技术不足,因此更愿意采用“中庸”均衡无短板的常规布局设计。

是选择常规布局还是鸭式布局,很大程度上取决于设计单位自己的设计思路和产品的需求,而如果某一个单位有采用鸭式布局或非常规布局设计的传统,那么这个传统有可能会延续到下一代飞机上。比如瑞典萨博公司有几十年研制设计鸭式布局战斗机的传统,因此推出了JAS-39“鹰狮”鸭式布局战斗机,成都飞机设计研究所有歼-10的成功设计,因此在其基础上推出了歼-20。

因此,从第二层问题来看,由于有着鸭式布局战斗机设计传统的欧洲几个国家飞机设计单位,并未推出自研的第五代隐身战斗机,因此歼-20便成为了五代机中唯一的鸭式布局方案采用者。这并不代表鸭式布局不适合隐身第五代战斗机设计。事实上,在“台风”战斗机设计中已经成熟掌握鸭式布局设计的英国BAE系统公司,出于商业利益将自己在五代机设计上的试验探索方案卖给了土耳其,土耳其计划中的五代机方案里,果不其然出现了鸭式布局设计方案的身影。这也意味着,假如欧洲真的展开五代机设计,没准胜出的也有可能是一款鸭式布局的隐身飞机!

至于“鸭翼不适合隐身,因此除了歼-20没有其他国家采用鸭式布局设计”,这是一个流传甚广的错误看法,鸭翼经过技术处理,对于歼-20隐身而言没有什么负面影响,歼-20仍是与F-22隐身技术处于同一级别的顶级战斗机。


兵工科技


这个问法有问题。本来就没有几种隐身战斗机,样本数量太少,得不出归纳法的结论。现在真正服役的隐身飞机才三种,连“多”都算不上,哪还有“少有”?

从统计学观点来看,3个样本太少了,得不出一般性结论。要想说“少有,起码得5架以上,甚至是10架。

第三代战斗机有美国4种,法国1种,欧洲1种,苏联2种,中国2种(枭龙就算中国的),印度1种,中国台湾1种,日本1种(虽然是照F-16画瓢)。这种情况得出“少有”的结论还差不多。

第四代阵风、台风、鹰狮、超级大黄蜂,四种也没法说多少。


一叶枫流O灵似舞妖


首先要强调一下,在如今的战斗机中,采用鸭翼设计的飞机并不少,除了中国的歼-10、歼-20之外,主要还有欧洲的“阵风”、“台风”和“鹰狮”等。前段时间就曾有报道称,美国的六代机照抄歼-20的鸭翼设计,虽然说照抄有点难听,但至少说明美国也将鸭翼作为六代机的一种方案在研究。

至于你所问的,为什么除了歼20,其他国家隐身战机少有选鸭翼的?

说实话,如今能研制出隐身机的,也就是中美俄等少数几个国家,其他国家都是概念设计。

对于传统布局的飞机结构来说,机身和机翼所提供的升力主大小主要看发动机提供的推力大小,简单来说,发动机推力越大,升力系统提供的气压差越大,升力也就越大。

当然,这个线性效应是有极限的,瓶颈就在于发动机技术。美国在这方面有舍我其谁的优势,从黑鸟到猛禽,从变循环发动机到二元矢量发动机,甩全世界几条街。所以,它可以从容地设计出一款保守的飞机布局,充分发挥发动机的排量。当年波音的YF-23比洛马的YF-22设计更科幻,还是败给了YF-22,没错,有发动机就是这么任性。╮(╯▽╰)╭

中国继承自苏联的气动设计和流体力学设计是唯一可以与美国刚一刚的领域。在发动机挤牙膏式的发展的局面下,为了赶总体进度,只能以大胆的气动设计来反补动力系统的弱项。就算不太明白的人,看一看网上流传的照片,黑丝带在做动作时满身的涡流,就能联想出来设计师们付出了怎样的心血。

鸭翼不是看起来这么简单,带一对鸭翼,意味着要设计复杂的气流调节系统,传动系统。当年瑞典设计鹰狮的时候,由于增加了鸭翼,总体气动设计始终不过关,最后只好从美国请来专家协助,才有了最后的原型机。当然,带对鸭翼对传统飞机来说,好处很明显,大大减轻了发动机的推力负担,所以,有技术基础的国家,在经济和实用性方面综合考虑,就有了台风和阵风。

鸭翼对五代机来说,要额外考虑对整体隐身性能的影响。所以,对那些本身基础薄弱的国家来说,能设计一款rcs值(雷达反射面积)极低的飞机已经很难为他们了。


利刃号


我这里有几个问题

1 中国发动技术确实是弱项,但是是不是没有好的发动机我们就干脆不造五代机了。

2 好好数数现在全世界有几真正成熟的五代机,那个什么日本,韩国,伊朗,土耳其那几个逗比搞个模型就算五代机了?

3 中国是不是永远都不可能造出先进够用的发动机。我国那些战斗机的研发者难道没你们这群天天叫嚣的瘪犊子清楚我们的弱点吗?

4 鸭翼布局是不是就真的一无是处,没有一点优点吗?歼20的研制人员难道不清楚鸭翼对隐身的影响而不去优化和修改吗?

5 我们歼20以后的作战思路是怎么样的。是真要跑到美国本土或者欧洲本土去硬钢F22吗?歼20如果只是对应我国周边诸国事态有会是种什么态势。


亚历山大磊磊


没错,目前世界上各国所研制或装备的隐身战机,大多都采用常规气动布局。例如美的F-22“猛禽”战斗机、F-35“闪电II”战斗机,俄罗斯的苏-57(T-50)战斗机、日本的ATD-X“心神”试验机和我国的FC-31战斗机。而采用鸭式气动布局的只有我国的歼-20战斗机。

隐身战斗机很少采用鸭式气动布局,是因为在传统隐身战斗机设计理论中认为,鸭翼不利于降低战斗机的前半球雷达截面积(RCS),由于不像平尾那样能被主翼遮挡,所以鸭翼任何偏转动作形成的与机身间的空隙都会增大RCS。

说到这,可能很多人都会认为,我们的歼-20战斗机隐身性要比其他几款常规布局的战机差。实际上,其实鸭翼对战斗机隐身性能的不利影响在军迷当中有些被夸大。在超视距空战中,完全可以通过飞控软件限制鸭翼的偏转角度来降低其对前半球雷达截面积的不利影响。例如B-2隐身轰炸机的飞控软件就内置一个“超级隐身”模式,开启后通过限制阻力副翼的张开幅度来实现更好的作战隐身性能。

歼-20战斗机采用鸭翼设计,完全是对隐身和机动性能进行全面折中考虑的结果,该机的研制单位和总师已经在歼-10上积累了丰富的鸭式三角翼气动布局经验。首任611所所长王南寿曾表示:“我国自己研制的三代机歼-10是鸭式布局,所以这方面的模型吹风必然是最多的,对这种布局的各种情况会掌握的比较全面,所以四代机(歼-20)继续选择这一方案也就顺理成章了,具体的方案就是歼-10的宋文璁总师在论文中提到的大边条、小展弦比中等后掠角机翼、全动垂尾布局。”总之,歼-20采用鸭式布局具有最小的研制风险和最大的气动收益。


在超视距,歼-20可以通过飞控软件控制鸭翼的偏转角度,以减轻不利影响,而视距内空战,歼-20将会发挥鸭式气动布局在机动性上的优势。


飞猪涨姿势


五代机只有J-20是鸭翼布局,这一点实际上跟五代机对隐身的要求没什么关系,更多的是出于飞行性能的要求。

我们可以经常看到有人评价J-20,说鸭翼影响飞机的隐身性能。

要明确一点,鸭翼的确会或多或少的影响飞机的隐身性能,相比于尾翼,影响会稍大一些。

但是也远远没有很多人说的那么夸张。

至少对于J-20而言,机翼仍然是最主要的RCS来源。

鸭翼布局与常规布局在性能上主要的区别并不在于隐身性能,而是在于飞行性能。

从五代机的超音速巡航这一指标的要求来看,鸭翼布局有着相当不错的优势。

出于这个原因,美苏以及中国在五代机早期发展时期都对鸭翼布局进行了细致的研究。

众所周知,F-22猛禽是ATF(先进战斗机)计划的产物,在ATF计划中,70%的竞标方案都是鸭翼布局。

而哪怕是今天俄罗斯的Su-57,其实也不是常规布局,严格来说Su-57是三翼面布局的变种。

Su-57的可动边条能起到鸭翼产生涡流的作用,同时小迎角时边条复位,不产生额外阻力,能有效利用三翼面布局的各项优点并规避其缺点。

但是鸭翼布局也有着其固有的缺陷。

首先,鸭翼确实能获得比常规布局更好的亚音速机动性能,但是付出的代价会非常大。

常规布局可以将各个速度段的性能做到非常平衡的水平,而鸭翼布局只能在高速性能与低速性能之间择二其一。

所以对比鸭翼布局飞机和常规布局飞机各自的机动包线,我们能发现,常规布局飞机的包线变化较为平缓而鸭翼布局则更为陡峭。

结果就是五代机处于对亚音速性能的考虑,除了J-20,F-22和Su-57两款重型机采用了常规布局。至于F-35和FC-31这种不考虑超音速巡航能力的中型机选用常规布局主要就是因为常规布局更优秀的过失速机动能力和小攻角升力系数。

一般而言,舰载机要选用鸭翼布局都会付出更大的代价。比如法国的阵风,空重是F-16水平的,但是雷达孔径跟6吨空重的枭龙差不多。

飞机的设计是一个系统工程,绝不是说为了某项性能就要选择某种布局。


白虎堂


不少啊,美国的faxx计划,韩国的隐身战斗机计划,土耳其的五代机计划,伊朗的那个逗比。都是鸭翼设计。

怎么能说鸭翼设计少数话呢,还是取决于国防战略。鸭翼设计会对隐身造成一定的影响但是可以压到最低,真正决定一切的是需求


啸鹰评


简洁的说,隐形飞机因为其隐形需要,所以是多一事不如少一事,多一件东西总比少一件东西对隐形的影响要多,需要多考虑许多事项解决多一事所带来的负面影响,所以,没有鸭翼是最优先的考虑,这不是对错问题,是简洁化设计的需要,少选鸭翼也就是常规考虑,不意外。但是如果能够解决多一事所带来的影响,那么,多一事就会带来许多少一事不能给予的好处,这也就是歼二零为什么被大家推崇的核心。凡事都要平衡考虑,别人有的未必是真的必须有,别人无的未必是必须无,以己为主扬长避短才能走到最好。


石隙甘泉


这问题本来就有问题,现在全球只有中美有五代机(俄国的t50还是算了吧),美国没采用,中国菜用了,充其量一比一,怎么是隐身战机一般没有鸭翼?其次,中国虽然有鸭翼,但少了水平尾翼,一来一去,差不多。再者,美国六代机从目前透露的情况看,可能有鸭翼。


Me我叫MT


现在全世界就中国和美国研制出隐身战斗机了。别和我说俄罗斯T-50和日本的心神也是。日本心神是验证机。T-50不隐身。现在毛子在筹集资金重新研制一款隐身战机。J20是在发动机不给力的情况下研制能和F22 F35平起平坐的战斗机。常规布局的飞机需要给力的发动机才能发挥最好。我们没有好的发动机只能尽可能在气动布局上下功夫。FC-31的发展背景是07年底歼-20项目确定611所抓总之后,为锻炼队伍和培养人才,601所自筹资金开发一个新项目,就是FC-31。说它是为了竞标中四,就是胡扯。FC-31是验证机。不是什么未来的舰载机。国内也不会去采购。阳光照射下FC-31一号机的前机身蒙皮,坑坑洼洼哪有四代机的样子。要说这种飞机能隐身,实在是太侮辱其他隐身飞机了。




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