03.02 為什麼隱身戰機少有選鴨翼的?

利刃號


圖注:殲-20採用鴨式佈局,一方面是源自設計需求,另一方面也體現設計單位的設計風格和傳統

這個問題其實需要分兩個層次來回答。第一個層次,戰鬥機鴨翼佈局和常規佈局選擇有何不同,第二個層次,是鴨式佈局是否適合採用隱身設計。

戰鬥機鴨式佈局和常規佈局,其實是因飛機設計需求、思路、理念的不同而產生的兩種不同的總體設計風格和方案,其中鴨式佈局與常規佈局的主要區別,在於鴨式佈局將常規佈局中的尾部水平尾翼前移到機身前部,位居機翼之前,成為前置鴨翼。由於總體氣動設計區別,鴨式佈局飛機和常規佈局飛機在總體空氣動力學性能上有明顯的風格差異。

其中常規佈局被認為是一種非常均衡的總體設計方案,能夠兼顧飛機各種性能需求,在氣動性能角度來看,沒有特別突出的亮點,也不會有特別弱的短板,而在飛機設計理論上,性能均衡、綜合性能沒有短板的設計是被認定為優秀的設計,因此常規佈局以其“堂堂正正”,在飛機設計領域佔據最主要位置,採用常規佈局設計方案的戰鬥機是最多的。而鴨式佈局與很多其他獨特的氣動佈局比如無尾三角翼佈局等,都屬於“有特點,有特色”的設計,鴨式佈局最大的優勢在於機動性。首先,一般的常規佈局飛機在進行大過載機動飛行的時候,要提高飛行仰角,通常是先通過調整水平安定面產生一個下壓的力,由於水平安定面在飛機的重心之後,如將飛機的重心看作是一個支點,因此作用在水平安定面上的下壓力就可以促使飛機產生一個向上的抬頭力矩,從而機頭上仰,增大迎角以產生更大的升力。而鴨式佈局的飛機則不同,由於鴨翼在飛機的重心之前,因此鴨翼與主翼面的操控方向是一致的,在飛機作增大迎角飛行中,鴨翼本身產生的也是正升力。與常規飛機相比,鴨式佈局升力的一增一減,所產生的影響非常大,它增大了飛機的總升力,從能量的角度看損失最小。其次,由於鴨翼可以看作一個渦流發生器,因此像典型的鴨式佈局戰鬥機——殲-10飛行中迎面的氣流流經鴨翼,就會形成一個脫體渦流,當渦流流經機翼上表面時,可以改善翼面表面的氣流流場,這也有助於提高升力。尤其是在近距耦合鴨式佈局中,鴨翼與主翼距離更近,此時鴨翼產生的脫體渦流對於主翼的影響更為明顯,可獲得相當程度的升力係數增量,這一作用可以產生數倍於鴨翼面積所產生的正常升力。簡單說,鴨式佈局設計可以賦予戰鬥機更強的機動性和敏捷性。但鴨式佈局也有缺點,比如大迎角機動能力不如常規佈局飛機,在大迎角狀態下可控性稍差,這會降低其超機動性。因此,從某種角度來說,鴨式佈局是彌補戰鬥機動力系統技術水平不足的一種很好的設計,而像美國這樣的航空動力頂尖強國,不需要通過鴨式佈局來彌補動力系統技術不足,因此更願意採用“中庸”均衡無短板的常規佈局設計。

是選擇常規佈局還是鴨式佈局,很大程度上取決於設計單位自己的設計思路和產品的需求,而如果某一個單位有采用鴨式佈局或非常規佈局設計的傳統,那麼這個傳統有可能會延續到下一代飛機上。比如瑞典薩博公司有幾十年研製設計鴨式佈局戰鬥機的傳統,因此推出了JAS-39“鷹獅”鴨式佈局戰鬥機,成都飛機設計研究所有殲-10的成功設計,因此在其基礎上推出了殲-20。

因此,從第二層問題來看,由於有著鴨式佈局戰鬥機設計傳統的歐洲幾個國家飛機設計單位,並未推出自研的第五代隱身戰鬥機,因此殲-20便成為了五代機中唯一的鴨式佈局方案採用者。這並不代表鴨式佈局不適合隱身第五代戰鬥機設計。事實上,在“颱風”戰鬥機設計中已經成熟掌握鴨式佈局設計的英國BAE系統公司,出於商業利益將自己在五代機設計上的試驗探索方案賣給了土耳其,土耳其計劃中的五代機方案裡,果不其然出現了鴨式佈局設計方案的身影。這也意味著,假如歐洲真的展開五代機設計,沒準勝出的也有可能是一款鴨式佈局的隱身飛機!

至於“鴨翼不適合隱身,因此除了殲-20沒有其他國家採用鴨式佈局設計”,這是一個流傳甚廣的錯誤看法,鴨翼經過技術處理,對於殲-20隱身而言沒有什麼負面影響,殲-20仍是與F-22隱身技術處於同一級別的頂級戰鬥機。


兵工科技


這個問法有問題。本來就沒有幾種隱身戰鬥機,樣本數量太少,得不出歸納法的結論。現在真正服役的隱身飛機才三種,連“多”都算不上,哪還有“少有”?

從統計學觀點來看,3個樣本太少了,得不出一般性結論。要想說“少有,起碼得5架以上,甚至是10架。

第三代戰鬥機有美國4種,法國1種,歐洲1種,蘇聯2種,中國2種(梟龍就算中國的),印度1種,中國臺灣1種,日本1種(雖然是照F-16畫瓢)。這種情況得出“少有”的結論還差不多。

第四代陣風、颱風、鷹獅、超級大黃蜂,四種也沒法說多少。


一葉楓流O靈似舞妖


首先要強調一下,在如今的戰鬥機中,採用鴨翼設計的飛機並不少,除了中國的殲-10、殲-20之外,主要還有歐洲的“陣風”、“颱風”和“鷹獅”等。前段時間就曾有報道稱,美國的六代機照抄殲-20的鴨翼設計,雖然說照抄有點難聽,但至少說明美國也將鴨翼作為六代機的一種方案在研究。

至於你所問的,為什麼除了殲20,其他國家隱身戰機少有選鴨翼的?

說實話,如今能研製出隱身機的,也就是中美俄等少數幾個國家,其他國家都是概念設計。

對於傳統佈局的飛機結構來說,機身和機翼所提供的升力主大小主要看發動機提供的推力大小,簡單來說,發動機推力越大,升力系統提供的氣壓差越大,升力也就越大。

當然,這個線性效應是有極限的,瓶頸就在於發動機技術。美國在這方面有捨我其誰的優勢,從黑鳥到猛禽,從變循環發動機到二元矢量發動機,甩全世界幾條街。所以,它可以從容地設計出一款保守的飛機佈局,充分發揮發動機的排量。當年波音的YF-23比洛馬的YF-22設計更科幻,還是敗給了YF-22,沒錯,有發動機就是這麼任性。╮(╯▽╰)╭

中國繼承自蘇聯的氣動設計和流體力學設計是唯一可以與美國剛一剛的領域。在發動機擠牙膏式的發展的局面下,為了趕總體進度,只能以大膽的氣動設計來反補動力系統的弱項。就算不太明白的人,看一看網上流傳的照片,黑絲帶在做動作時滿身的渦流,就能聯想出來設計師們付出了怎樣的心血。

鴨翼不是看起來這麼簡單,帶一對鴨翼,意味著要設計複雜的氣流調節系統,傳動系統。當年瑞典設計鷹獅的時候,由於增加了鴨翼,總體氣動設計始終不過關,最後只好從美國請來專家協助,才有了最後的原型機。當然,帶對鴨翼對傳統飛機來說,好處很明顯,大大減輕了發動機的推力負擔,所以,有技術基礎的國家,在經濟和實用性方面綜合考慮,就有了颱風和陣風。

鴨翼對五代機來說,要額外考慮對整體隱身性能的影響。所以,對那些本身基礎薄弱的國家來說,能設計一款rcs值(雷達反射面積)極低的飛機已經很難為他們了。


利刃號


我這裡有幾個問題

1 中國發動技術確實是弱項,但是是不是沒有好的發動機我們就乾脆不造五代機了。

2 好好數數現在全世界有幾真正成熟的五代機,那個什麼日本,韓國,伊朗,土耳其那幾個逗比搞個模型就算五代機了?

3 中國是不是永遠都不可能造出先進夠用的發動機。我國那些戰鬥機的研發者難道沒你們這群天天叫囂的癟犢子清楚我們的弱點嗎?

4 鴨翼佈局是不是就真的一無是處,沒有一點優點嗎?殲20的研製人員難道不清楚鴨翼對隱身的影響而不去優化和修改嗎?

5 我們殲20以後的作戰思路是怎麼樣的。是真要跑到美國本土或者歐洲本土去硬鋼F22嗎?殲20如果只是對應我國周邊諸國事態有會是種什麼態勢。


亞歷山大磊磊


沒錯,目前世界上各國所研製或裝備的隱身戰機,大多都採用常規氣動佈局。例如美的F-22“猛禽”戰鬥機、F-35“閃電II”戰鬥機,俄羅斯的蘇-57(T-50)戰鬥機、日本的ATD-X“心神”試驗機和我國的FC-31戰鬥機。而採用鴨式氣動佈局的只有我國的殲-20戰鬥機。

隱身戰鬥機很少採用鴨式氣動佈局,是因為在傳統隱身戰鬥機設計理論中認為,鴨翼不利於降低戰鬥機的前半球雷達截面積(RCS),由於不像平尾那樣能被主翼遮擋,所以鴨翼任何偏轉動作形成的與機身間的空隙都會增大RCS。

說到這,可能很多人都會認為,我們的殲-20戰鬥機隱身性要比其他幾款常規佈局的戰機差。實際上,其實鴨翼對戰鬥機隱身性能的不利影響在軍迷當中有些被誇大。在超視距空戰中,完全可以通過飛控軟件限制鴨翼的偏轉角度來降低其對前半球雷達截面積的不利影響。例如B-2隱身轟炸機的飛控軟件就內置一個“超級隱身”模式,開啟後通過限制阻力副翼的張開幅度來實現更好的作戰隱身性能。

殲-20戰鬥機採用鴨翼設計,完全是對隱身和機動性能進行全面折中考慮的結果,該機的研製單位和總師已經在殲-10上積累了豐富的鴨式三角翼氣動佈局經驗。首任611所所長王南壽曾表示:“我國自己研製的三代機殲-10是鴨式佈局,所以這方面的模型吹風必然是最多的,對這種佈局的各種情況會掌握的比較全面,所以四代機(殲-20)繼續選擇這一方案也就順理成章了,具體的方案就是殲-10的宋文璁總師在論文中提到的大邊條、小展弦比中等後掠角機翼、全動垂尾佈局。”總之,殲-20採用鴨式佈局具有最小的研製風險和最大的氣動收益。


在超視距,殲-20可以通過飛控軟件控制鴨翼的偏轉角度,以減輕不利影響,而視距內空戰,殲-20將會發揮鴨式氣動佈局在機動性上的優勢。


飛豬漲姿勢


五代機只有J-20是鴨翼佈局,這一點實際上跟五代機對隱身的要求沒什麼關係,更多的是出於飛行性能的要求。

我們可以經常看到有人評價J-20,說鴨翼影響飛機的隱身性能。

要明確一點,鴨翼的確會或多或少的影響飛機的隱身性能,相比於尾翼,影響會稍大一些。

但是也遠遠沒有很多人說的那麼誇張。

至少對於J-20而言,機翼仍然是最主要的RCS來源。

鴨翼佈局與常規佈局在性能上主要的區別並不在於隱身性能,而是在於飛行性能。

從五代機的超音速巡航這一指標的要求來看,鴨翼佈局有著相當不錯的優勢。

出於這個原因,美蘇以及中國在五代機早期發展時期都對鴨翼佈局進行了細緻的研究。

眾所周知,F-22猛禽是ATF(先進戰鬥機)計劃的產物,在ATF計劃中,70%的競標方案都是鴨翼佈局。

而哪怕是今天俄羅斯的Su-57,其實也不是常規佈局,嚴格來說Su-57是三翼面佈局的變種。

Su-57的可動邊條能起到鴨翼產生渦流的作用,同時小迎角時邊條復位,不產生額外阻力,能有效利用三翼面佈局的各項優點並規避其缺點。

但是鴨翼佈局也有著其固有的缺陷。

首先,鴨翼確實能獲得比常規佈局更好的亞音速機動性能,但是付出的代價會非常大。

常規佈局可以將各個速度段的性能做到非常平衡的水平,而鴨翼佈局只能在高速性能與低速性能之間擇二其一。

所以對比鴨翼佈局飛機和常規佈局飛機各自的機動包線,我們能發現,常規佈局飛機的包線變化較為平緩而鴨翼佈局則更為陡峭。

結果就是五代機處於對亞音速性能的考慮,除了J-20,F-22和Su-57兩款重型機採用了常規佈局。至於F-35和FC-31這種不考慮超音速巡航能力的中型機選用常規佈局主要就是因為常規佈局更優秀的過失速機動能力和小攻角升力係數。

一般而言,艦載機要選用鴨翼佈局都會付出更大的代價。比如法國的陣風,空重是F-16水平的,但是雷達孔徑跟6噸空重的梟龍差不多。

飛機的設計是一個系統工程,絕不是說為了某項性能就要選擇某種佈局。


白虎堂


不少啊,美國的faxx計劃,韓國的隱身戰鬥機計劃,土耳其的五代機計劃,伊朗的那個逗比。都是鴨翼設計。

怎麼能說鴨翼設計少數話呢,還是取決於國防戰略。鴨翼設計會對隱身造成一定的影響但是可以壓到最低,真正決定一切的是需求


嘯鷹評


簡潔的說,隱形飛機因為其隱形需要,所以是多一事不如少一事,多一件東西總比少一件東西對隱形的影響要多,需要多考慮許多事項解決多一事所帶來的負面影響,所以,沒有鴨翼是最優先的考慮,這不是對錯問題,是簡潔化設計的需要,少選鴨翼也就是常規考慮,不意外。但是如果能夠解決多一事所帶來的影響,那麼,多一事就會帶來許多少一事不能給予的好處,這也就是殲二零為什麼被大家推崇的核心。凡事都要平衡考慮,別人有的未必是真的必須有,別人無的未必是必須無,以己為主揚長避短才能走到最好。


石隙甘泉


這問題本來就有問題,現在全球只有中美有五代機(俄國的t50還是算了吧),美國沒采用,中國菜用了,充其量一比一,怎麼是隱身戰機一般沒有鴨翼?其次,中國雖然有鴨翼,但少了水平尾翼,一來一去,差不多。再者,美國六代機從目前透露的情況看,可能有鴨翼。


Me我叫MT


現在全世界就中國和美國研製出隱身戰鬥機了。別和我說俄羅斯T-50和日本的心神也是。日本心神是驗證機。T-50不隱身。現在毛子在籌集資金重新研製一款隱身戰機。J20是在發動機不給力的情況下研製能和F22 F35平起平坐的戰鬥機。常規佈局的飛機需要給力的發動機才能發揮最好。我們沒有好的發動機只能儘可能在氣動佈局上下功夫。FC-31的發展背景是07年底殲-20項目確定611所抓總之後,為鍛鍊隊伍和培養人才,601所自籌資金開發一個新項目,就是FC-31。說它是為了競標中四,就是胡扯。FC-31是驗證機。不是什麼未來的艦載機。國內也不會去採購。陽光照射下FC-31一號機的前機身蒙皮,坑坑窪窪哪有四代機的樣子。要說這種飛機能隱身,實在是太侮辱其他隱身飛機了。




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