引言
上一篇中说到，工程师们发现了边条翼的作用，战斗机高空高速性能和起降性能之间的矛盾得到解决，于是从那以后很长一段时间内，各国战斗机都开始使用边条翼。比如耳熟能详的俄罗斯苏-27战斗机，美国的F-15，F-16等等一大批都使用了边条翼设计。似乎一切都在朝着边条翼的路上发展，战斗机的气动布局已经非常完美了。
苏-27边条翼拉出涡流
然而，工程师们并没有闲下来，他们中的一部分人觉得，这并不是他们想要的结果，他们还想要造出性能更先进的战斗机。这一部分人坐到了一起，他们觉得边条翼也不够完美，战斗机的机翼还能做一些文章。
经过一番激烈的讨论，他们将目光集中到了战斗机的水平尾翼上。
水平尾翼:你们想干啥……
常规布局的F-16战斗机
一个工程师发言了：“为什么非得把水平尾翼放在主翼之后呢？如果把尾翼搬到主翼之前会发生什么呢？”
这时候立马有人起来反驳他：“莱特兄弟的飞行者一号飞机不就是类似你说的尾翼在主翼之前？在那之后的一些飞机也尝试过类似设计，升力虽然出色，但是缺乏纵向恢复力矩，导致飞机非常难以控制。速度慢的时候还能靠飞行员操作改回来，速度快的话那分分钟就是机毁人亡！”......
经过这一番讨论，一部分人开始对这种特殊的气动布局产生了浓厚的兴趣，一部分人则想着直接取消累赘的水平尾翼，剩下的则继续优化着边条翼+水平尾翼的布局……
从飞机气动布局说起
飞机属于大气层内飞行的飞行器，需要利用空气产生升力。气动布局说通俗点就是它的外形，目前世界上所有的飞机气动布局都是根据空气动力学原理设计的，不同的外形有着不同的飞行性能。
现在世界上比较常见的气动布局主要有四种。
常规布局的F-35战斗机
第一，常规布局。也就是水平尾翼布局，提供升力的大主翼在前，控制飞机纵向爬升和下降的小尾翼在后。
第二，无尾三角翼布局。这种布局法国人最喜欢，达索公司的战斗机大多采用无尾三角翼布局。这种布局的特点是只有三角翼作为主翼，利用主翼后面的襟翼来控制战斗机纵向的爬升和下降。这种布局除了达索的战斗机之外，航天飞机和一些飞航式导弹身上也能见到。
四种气动布局
第三，三翼面布局。三翼面布局非常好理解，就是在常规布局的前提下，再在主翼前面加一对小机翼。比如沈飞当年的雪鸮战斗机方案▼就是典型的三翼面布局。据说这种气动布局结合了鸭翼和常规布局的特点，不过目前为止还没有大规模运用。我也还了解的不多，等我多看几个论文再来和大家聊它，今天的舞台是鸭翼的。
第四，鸭式气动布局，也叫作鸭翼气动布局，或者叫它鸭翼-三角翼气动布局。世界上第一架飞机飞行者号飞机就是鸭式气动布局，控制纵向爬升和下降的小翼在前，而提供升力的主翼在后。像这个样子▼，和常规布局相比正好相反。
什么是鸭翼
想了想，发现实在是不好怎么描述，还是上图吧。▼划重点！这不是歼-10！它是以色列的狮式战斗机，因为歼-10和它长得太像了，所以不少人把狮式战斗机当成歼-10的渣男爸爸。但其实呢，狮式真的挺冤的，明明就关系不大，却死死地把这个锅给背上了。看它的小翅膀，就是座舱下边位置的那个小翅膀，那就是鸭翼。
狮式战斗机
鸭翼也分为两种，一种是可以活动的。图中狮式战斗机的鸭翼明显偏转，就是可以活动的鸭翼，可以用于控制飞机飞行姿态。另外一种是不可活动的，安装在机头位置。这种鸭翼的作用和边条翼一样，只能拉出涡流，不能控制战斗机飞行姿态，飞行姿态的控制还得靠主翼后部的襟翼活动。这种固定的其实没多大意义，所以目前主流的鸭翼布局大多是可以活动的真鸭翼。
仔细观察幻影-2000进气道位置，有一对固定的小翅膀
鸭翼的作用
鸭翼有什么用呢？它的作用主要表现在三个方面。
第一，像边条翼一样，拉出涡流，在主翼上表面产生低压区，从而增大机翼上下表面的压强差。在(一)中我们知道，使用三角翼的战斗机展弦比非常小，可以躲在机头产生的激波之后，但是升力特性较差，导致起降性能非常难看。于是边条翼出现，三角翼设计偏居一隅。但是鸭翼的出现，让三角翼重振雄风，重新成为主流机翼设计之一。鸭翼一般配合三角翼设计，在起降时，鸭翼在飞控系统控制下朝着特定方向偏转，为三角翼带来涡流，提升低速条件下优秀的飞行性能。
鸭翼-三角翼布局歼-10大迎角低速性能非常出色
第二，不会产生负升力，偏转时不会让飞机总升力损耗。使用常规布局的飞机主翼在重力后面，所以为了保持飞机俯仰方向的安定性，其水平尾翼产生的升力是向下的▼(左图)。而鸭翼则不一样，使用鸭翼气动布局时，重心位于主翼与鸭翼之间，所以鸭翼和主翼都是产生升力的▼(右图)。这会带来怎样的结果呢？
纯手绘
我们知道，水平尾翼是用于控制飞机俯仰姿态的，当飞机抬头爬升时，水平尾翼向下偏转，采用的方式是机尾向下来实现机头超上，总升力是损耗的▼。而使用鸭翼的时候，鸭翼抬起，带着机头抬起，飞行员拉杆飞机立马重心上身，总升力不会发生损耗。
突然发现自己忘了画第二架的进气道，那它用火箭发动机好了，省了进气道
第三，可以带来更长的控制力矩，使战斗机拥有更加出色的机动性。鸭翼一般使用在喷气式战斗机上，喷气式战斗机发动机后置，重心也相对后移。像F-22这种常规布局，重心在机身靠后，前半部分基本没什么重量，所以主翼设计的非常靠后。为了配平机身，水平尾翼甚至伸出机尾之外。就算如此，水平尾翼离重心的距离比较近，因而力矩也更小。而鸭翼装在机头，离发动机很远，力矩更大，控制飞机也更加轻松，于是装有鸭翼的战斗机拥有更为出色的机动性。
F-22尾喷口
不过F-22的机动性其实也非常出色，这是由于它装备了两台F-119矢量推力发动机。在进行机动飞行时，姿态变化是由尾翼舵面和发动机喷口偏转共同控制，于是获得优秀的机动性能。
鸭翼是一匹烈马
早在很多年前，就有人试过鸭翼气动布局，但是因为纵向稳定性实在是太差而放弃。为什么鸭翼会这么难以控制呢？经过大量的风洞试验之后，工程师们发现，鸭翼在拉出涡流时，产生的涡流会和主翼气流作用。两股气流遇到一起就打架了，然后飞机就变得不稳定。这个时候飞行员操纵杆动一动，战斗机能动三动，单纯以人力根本无法控制住飞机。
烈马被工程师们制服
遇到困难之后，工程师们又坐到一起开会了，经过一番争吵，他们又分为了两派。
一派主持在合理设置鸭翼位置的前提下，采用静不定设计，再写出相应的飞控程序，利用飞控计算机来让鸭翼和主翼配合，从而解决气流打架的问题。
另外一派则觉得，调整鸭翼的位置就可以解决这个问题。
电传系统的歼-10B
于是，写飞控程序的工程师们的头发秃上加秃，呕心沥血，终于写出了可以克服气流打架的飞控程序，鸭翼这匹烈马被他们驯服。研究鸭翼位置的这一派也成功了，他们将鸭翼向后移动，靠近主翼，从而解决了气流打架的问题。他们将自己的方案命名为“近距耦合鸭翼”，并狠狠地嘲笑了一波秃上加秃的另一派工程师。
后来，世界上出现了两种鸭翼布局，一种是中距耦合，靠电传操作系统给鸭翼套上马鞍。这种布局的代表就是歼-10战斗机。
近距耦合的狮式战斗机
另外一种则是近距耦合鸭翼布局，代表是以色列的狮式战斗机。从性能上来说，两款战斗机不相上下，各有各的长处，以后有空再来对比。
结语
鸭翼是一匹烈马，虽然给飞机带来了优异的飞行性能，但是装了鸭翼之后的飞机非常不稳定。飞行员动一下操纵杆，飞机就能疯狂地跳个舞，拉都拉不住。好在随着技术的发展，静不定设计，电传操作和近距离耦合设计出现了，鸭翼这批烈马终于乖乖套上了它自己的马鞍，开始乖乖听飞行员的使唤。
歼-10BTVC
未来，随着矢量推力发动机的发展，战斗机将拥有更加优秀的机动性能。特别是全向对称轴偏转矢量发动机和鸭翼的配合，带来了更为强大的起飞性能和机动性。去年的珠海航展，使用矢量发动机和鸭翼布局的歼-10BTVC技术验证机甚至实现了人类历史上首次单发战斗机飞出落叶飘的动作。不过这个配合的飞控软件更复杂，工程师们的头发……
感谢各位阅读，敬请期待第三节《神奇的机翼(三)，处女座的设计师》
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