作为第四代隐形战机,歼-20鸭翼布局设计,有保留的必要吗?

dydes


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歼20的鸭翼为什么不需要保留?


鸭式布局最大的好处是可以为主翼增升,同时可以为飞机提供“正升力”,所以采用鸭式布局的飞机“敏捷性”都非常好,而目前战斗机空战中最重要的性能要求就是“敏捷性”。

当然,鸭式布局的缺点也很明显,首先是鸭式布局虽然能为飞机提供“正升力”,但是在三代机普遍静不稳定设计下,飞机为了配平会变成“负升力”,所以鸭翼角度需要在飞机飞行过程中做不停的调整,而为了避免鸭翼在不停调整过程中所产生的涡流与下洗对飞机操纵性的影响,就需要极强的飞控设计来让飞机其他舵面的操纵来配合。


其次是面积率的问题,因为鸭式布局没有平尾,不能像常规布局那样是通过主翼、垂尾、平尾的耦合衔接、总翼展逐渐缩小来满足飞机面积率,所以鸭式布局的面积率会弱于常规布局,在采用鸭式布局的飞机在超音速巡航性能上不如常规布局,而为了提高鸭式布局飞机的超音速巡航能力,就必须拉长机身来增加长细比,这也是为什么歼20看着很长的原因。

所以鸭式布局的设计需要非常强大的飞控设计来支持,而在上世纪八十年代以前,航空微电子技术落后的年代,飞机的机械飞控和模拟电传飞控是不能支持鸭式布局的复杂气动设计要求的,所以直到1984年采用摩托罗拉工作台处理器的阵风原型机首飞,才算标志着鸭式布局的兴起。



图注:1984年首飞的阵风原型机。

而鸭翼对隐身性能的影响其实是一个谣言,起源就是在上世纪七十年代,那个还不能解决鸭式布局复杂飞控年代下,美国人的那句“鸭翼最好的位置是在敌人的飞机上”。
图注:美国第一款研究鸭翼高机动性的验证机“HiMAT”首飞测试在1979年-1983年,而它的鸭翼则是固定的,仅是充当了一个前置涡流发生器的作用,真正有可动鸭翼的鸭式布局的“X-31”则要等到1986年底了,著名的“F15 ACTIVE”(也称NF-15B)则是三翼面布局,并不是鸭式布局,试飞也是在1984年,所以美国人在上世纪七十年代宣称“最好的鸭翼是在敌人的飞机上。”

还有后来在90年代初的时候,美国麦道公司与NASA联合进行了一项“未来战机研究计划”,里面有一个“飞机低可探测”研究项目,在所有测试的几种取消垂尾的飞机构型中,发现前翼虽然能提高敏捷性,但代价是“可见度尚可”。

但是那个“低可探测性研究”中,麦道公司所指明的两种鸭翼布局,115是三翼面布局,而119则是固定鸭翼的为“鸭式布局”,其鸭翼只不过充当了一个涡流发生器的作用,与真正的“前置可动鸭翼后无平尾”的鸭式布局根本就是两码事。
图注:注意其115是三翼面布局,而119则是充当的“涡流发生器”的固定鸭翼。

所以鸭翼影响隐身其实是一个“以讹传讹”的谣言,而为什么五代机中目前只有歼20采用鸭式布局?

那是因为其他五代机各自诞生年代、性能要求相互取舍的原因;

我们要知道,F22诞生的年代太早,“美国先进战术战斗机计划”(ATF)的起源要追溯到70年代初,洛克希德马丁对F22的设计方案定型是在1982年末,技术指标确定是在1983年6月,那个时候F22根本就没赶上鸭式布局的兴起,而且当时的航空电子技术也不支持,所以F22没有采用鸭式布局。
图注:F22“ATF”


项目技术方案提交要比鸭式布局飞机实用早的多。

而诞生F35的“美国联合攻击战斗机”(JSF)计划,它的技术要求,跟F22这种侧重制空的重型战斗机根本不一样,首要要求是“三军通用”的“联合攻击机”,说白了就是一种可以三军通用并带一定空战能力的攻击机。

所以它最重要的机型是F35B,整个JSF方案都是在围绕F35B进行的,而F35B要满足垂直起降要求就很难采用鸭式布局;

因为F35B前置升力风扇的原因,就导致其中心前移,所以后面要伸出很长的平尾去配平,而鸭式布局是没有平尾的,同时一个以多用途为主要要求的“攻击机”,自然也对以空优“敏捷性”为侧重点的鸭式布局不感冒,所以鸭式布局就落选了。
图注:在多国联合研制的“JSF”


项目之前,美国自己的“JASF”项目(可以看作JSF项目的前身)其原型机就有鸭式布局,后面要伸出非常长的尾撑来配平。

而自八十年代后期鸭式布局兴起后,全世界所有在八十年代后期诞生以制空为主的战斗机,其实都是鸭式布局。

哪怕是诞生苏57的“PAK FA”项目,最开始的预研两个方案;米格设计局的“米格1.44”与苏霍伊设计局的“苏-47”也都有鸭翼,甚至在2002年苏霍伊设计局竞标时采用的五种方案里,也有鸭式布局。

而苏霍伊设计局之所以没选鸭翼,是苏霍伊总设计师“西蒙诺夫”和“PAK FA”项目总设计师”达维登科”在多种性能上取舍的原因,绝不是鸭翼不好。


所以苏57尽管没有鸭翼,但是设计了一个跟鸭翼功能类似的“机翼前缘可动边条”,但是最终没采用鸭式布局的“苏-57”现在看来明显是失败的,几乎所有军事专家、军事爱好者都对它的隐身性能加以批评,甚至俄军方自己都不愿意多采购。

为什么很多人现在对歼20的鸭翼加以批评,其实说白了都是人云亦云,别人怎么说他也怎么说,跟本就没考虑过鸭翼到底为什么影响隐身?又为什么既然鸭翼会隐身,那么常规布局那么巨大的平尾就不影响?



所以我们一定要有一个清醒和头脑和准确的认知来判断事物,千万不能被带路党带跑偏了。

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J20的鸭翼布局设计虽然不利于隐身,但是有利于超音速飞行时的机动性。如果J20装备了新一代推比10级的发动机,J20的鸭翼需要减小修型,而不会取消。

理由如下:

首先,如果取消了鸭翼,各个飞行状态下的操作会变得非常困难。特别是飞机的俯仰操作,如果完全依赖发动机矢量喷口的动作,能量损失太大。


J20鸭翼确实比较显眼,超音速巡航时,鸭翼的存在似乎是个障碍,但是J20不必追求过高的巡航速度

其次,J20的鸭翼布局对隐身的影响仅仅在某些飞行状态下会比较突出。在巡航状态下,鸭翼对隐身的影响很小,因此对J20的整体隐形性能不会有太大的影响。

除了尾部方向,J20各方向上的隐身性能比较出色,接近F22的水平

第三,按照飞机设计惯例,大幅度修改原始设计的风险太大,历史上很少这样做,何况J20的原始设计非常优秀,不存在大幅度修改的可能性。

大幅度修改原始设计,风险太大,且会改变战机定位,如果取消鸭翼,那J20就成了小型隐身轰炸机平台了


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