“鸭式”气动布局的优缺点？

    优势明显 　　鸭式气动布局给人最深的印象是能够提供更好的升力特性，它取消了负升力的平尾而得到了正升力的前翼。根据风洞试验数据，只需要将模型的平尾简单地移动到主翼前方就可以大幅度提高飞机的升力特性；如果对前翼的位置进行精心设计，则所得的气动贡献更是惊人。
  以以色列的＂幼狮＂战斗机为例，＂幼狮＂战斗机在原＂幻影＂５战斗机的气动布局上增装固定鸭翼将飞机的升力系数提高了４０％～５０％；升阻比也获得了很大的改善。  瑞典的＂萨伯＂３７战斗机在采用了带副翼的鸭翼后，庞大的战斗机获得了比许多轻型战斗机还好的短距起降性能。
   　　目前采用鸭式气动布局的战斗机中，无论是早期的＂幼狮＂、＂萨伯＂３７。还是新一代的ＪＡＳ３９、＂阵风＂、ＥＦ２０００、米格１．４２和中国的新型多用途歼击机，这些机型的主翼翼形采用的都是三角翼。
    在鸭式气动布局战斗机上采用鸭翼加三角翼的总体设计可以在飞机的气动特性、结构和整体布局上获得许多优势。由于小展弦比的三角翼的翼根弦长很大，在机翼绝对厚度较大时却可以保持较小的相对厚度，对于减小超音速时的阻力非常有利。
  三角翼的机翼结构较轻而且有较大的内部容积，可以有效地增加飞机内部空间。   　　另外，这种布局形式可以使飞机更好地在机动性、敏捷性和超音速飞行性能之间得到平衡。鸭式气动布局的前翼拉出的涡流与机翼涡流共同作用，可以增加飞机的总升力，高升力有利于提高战斗机的瞬时转弯角速度，以及降低外侧机翼的载荷。
  目前所装备和发展的带有三角主翼的鸭式气动布局战斗机，基本上都是利用前置鸭翼所形成的有利干扰，在发挥三角翼气动优势和进行有效增升的前提下，降低三角翼本身气动弱点对飞机性能所造成的影响，以保证战斗机整体气动性能得到有效的提高。
     　　与同类机型带尾翼的常规布局飞机相比，鸭式气动布局的战斗机体积更小、重量更轻，结构设计更加紧凑。而更小的尺寸在理论上所代表是就是更低的成本，在保持整体战斗力相当的情况下获得小尺寸和低成本的战斗机，是世界各国飞机设计师所梦寐以求的，鸭式气动布局战斗机在一定程度上成为实现这一理想的有效途径。
     ◆美中不足 　　鸭式气动布局在获得高升力的同时还存在有高的俯仰力矩，这就使采用这种气动布局的战斗机需要较大的配平力矩才可以抑制飞机在大迎角下容易出现的上仰发散趋势。
  鸭翼距离飞机的重心近，配平力矩明显小于平尾，使飞机产生配平不足的问题。而鸭翼和主翼之间的气动干扰所形成的纵向力矩非线性的缺陷对鸭式气动布局的应用也有非常明显的限制作用。  战斗机无论是采用近距离耦合还足远距离耦合的方式，鸭翼都会使飞机产生一个明显的上仰趋势，虽然这个上仰趋势可以通过放宽静安定度和采用变弯度机翼得以改善，但是这个上仰：的趋势在飞机迎角达到一定程度之后就将会对本已存在的整机配平问题带来更大的压力，采用鸭式气动布局的战斗机在没有推力矢量技术辅助的情况下，大迎角飞行性能要低于用平尾配平的常规布局飞机 　　鸭式气动布局飞机的鸭翼配平力臂一般情况下还不到正常后尾式的二分之一，即使对鸭翼和主翼进行精确的设计也很难弥补鸭翼配平力臂较短的缺陷。
    目前鸭翼的安装位置大都高于主翼，在形成有利的脱体涡的同时也对主翼产生了严重的气动干扰，鸭翼的增升作用越明显，鸭翼下洗流对主翼的气动影响就越大。 　　鸭式气动布局在配平和前、主翼气动干扰上所存在的问题，在很长一段时间里成为了限制其应用的主要因素。
  早期安装有鸭翼的＂幼狮＂、＂幻影＂５／５０、歼－９、＂萨伯＂３７战斗机的鸭翼都采用了固定翼面设计（＂萨伯＂３７鸭翼后的可动面是襟翼而不是副翼），在气动上的贡献与飞机边条的作用异曲同工，主要利用脱体涡对主翼形成的有利气动干扰来增加飞机的有效升力，飞机的俯仰控制还是依靠机翼后缘的翼面，鸭翼本身只是起到了一个涡流发生器的作用而不是以个有效的控制面。
    无法应用可动鸭翼是因为鸭式气动布局在纵向力矩非线性特点的影响下，对飞行控制所形成的影响是飞行员依靠自身的反应能力完全无法解决的。 　　鸭式气动布局在气动和控制上存在的困难只有在电传操纵系统和放宽静安定度技术成熟之后，才真正获得了突破，后两者成为了国外三代半战斗机普遍应用鸭式气动布局设计的技术基础。
     　　解决鸭式气动布局纵向力矩的非线性问题的方法，除了目前广泛应用的放宽静安定度和采用电传系统等技术外，国内、外也曾经开发过多种相对较简单的解决方式。通过在主翼外侧增装小翼和在鸭翼后方的机翼上方加装侧板的方式，可以在不改变主翼翼形和应用电传操纵系统的前提下，明显改善鸭式气动布局纵向力矩非线性的问题。
    在鸭式气动布局主翼外侧增装小翼的方案主要应用在小型民用飞机上，而以色列的＂幼狮＂和瑞典＂萨伯＂３７式战斗机在主翼前缘外侧加装的锯齿结构也可以起到一定的效果。 　　国外在２０多年前就已经提出在鸭式飞机主翼上方加装侧板的技术，并且进行了相当的试验，中国在早期研究＂抬＂式飞机设计的过程中也对侧板技术进行过研究，２００２年在珠海航展上展出的采用侧板结构的ＣＹ－１型飞机的模型，可以说是将侧板与鸭翼结合的一个实际例子。
    布置在机翼上方适当位置的侧板确实可以在飞行控制上获得比较明显的改善效果，但是也会带来结构重量和阻力增加的问题，而且在目前连教练机都开始广泛配用电传操纵系统的情况下，使用机身侧板来拉直纵向力矩曲线的设计方式实际使用意义并不大。
  国外的研究机构虽然开始研究侧板技术的时间相当早，但是采用带侧板鸭式气动布局设计的机型目前也没有进行过实际应用。  。

    鸭式是我们飞机的布局一种，没有哪一种气动布局，完全占统治地位，各个集团和国家传统的习惯，从现在看，比较起来看，鸭式布局突出的优点特别多一点，首先本身升值特征要好一些，飞机做机动的话，多面要操纵，产生副升力，使整个的升力减少。
  但是鸭垂机一面的操纵面也同时产生，使整个的正面加大。  这方面的优势是很大的。我们过去做了很多的工作，现在我们掌握了一些鸭翼和主翼配制的观念，特别是前面的鸭翼对主翼产生有力的干扰，形成窝的话，使整个的升力加大，这也伴随着整个科学发展，整个手段的提高，有可能做到这个程度，应该来说，鸭式驱动布局是比较好的布局。
   歼一10战斗机采用了鸭式气动布局，这在我国研制成功的战斗机中还是首次。  在世界战斗机的大家庭中，有一些比较先进的战斗机也采用了类似的布局，如瑞典的Saab一37“雷”、JAS 39，法国的“幻影”ⅢNG、“幻影”4000、“阵风”，以色列的“幼狮”C2、“狮”，俄罗斯的米格1。
  44以及西欧四国合作研制的EF2000“台风”等等。随着航空技术的深入发展，新型鸭式战斗机方案不断出现，并跻身先进战斗机的行列。  那么，鸭式布局战斗机有些什么特点，其气动特性又如何呢? 　　高低速性能好 　　采用后尾式和无尾式气动布局的普通高速飞机，由于种种原因，其低速性能往往不佳。
  而鸭式布局则可以满足战斗机对高、低速。性能的要求。因为这种布局能很好地兼顾高速飞机所需的细长体外形和飞机实现短距起落所需的高配平升力系数。  这是因为：一方面，细长鸭式布局在由亚声速过渡到超声速时，其焦点移动而引起的安定度增量比后尾式要小，这对高速机动飞行是有利的。
  另一方面，在大迎角进场或飞行时，它又能产生比后尾式和无尾式飞机高得多的配平升力。这说明它亦适合低速飞行。 　　配平升力高 　　图一是静安定度的后尾式、无尾式和鸭式飞机纵向配平方式的示意图。
    飞机在空中做定常水平飞行时，其重力与升力，推力和阻力是相等的，全机力矩也是平衡的。为获得配平力歼一10A用的鸭式布局方案虽然在中国早期歼一9概念中曾有过体现，但其中涉及的诸多技术问题是在歼一lO上获得了最终的完美解决刘应华摄矩，无尾式及后尾式飞机需要付出一定的升力代价。
    在飞行中，机翼的升力Y及全机零升力矩Mzo对飞机重心要产生一个低头力矩。为平衡这个力矩，无尾式飞机要上偏升降襟翼，后尾式飞机要上偏转升降舵，以便产生一个负升力去配平，致使全机升力下降。
  当然，小迎角飞行时平尾的负荷不大，它付出的升力代价也很小。但是当飞机以大迎角飞行，并采取增升措施时(例如放襟翼)形势就恶化了。  因为增升时会带来很大的附加低头力矩。为配平这些附加力矩，平尾后缘必须上偏很大的角度，这将使增升效果显著降抵。
  倘若机翼采用高度增升的方法。有时连配平都很困难了，只好在平尾上采取高度增加负升力的措施。国外不乏这方面的例子。美国的F一4飞机由于在后缘襟翼上采取了附面层控制技术，使低头力矩增加很多，结果尾翼在配平时已接近失速，只好对平尾进行修改，使前缘上翘，将翼型变为反弯度的。
    而日本的PS一1水上飞机则是在尾翼下表面吹气以增加负升力。后尾式布局尚且如此，无尾式飞机配平高升力就更困难了。 　　相比之下，鸭式布局比后尾式及无尾式布局优越之处在于：其抬头俯仰力矩可由飞机重心前的正升力面(鸭翼)提供。
  这真是一举两得：既提供了配平力矩，又增加了升力。  那么为什么以前人们很少采用鸭式布局呢?这是因为常规的鸭式飞机有三大缺点：(1)前翼对主翼存在着强烈的下洗，使主翼升力降低。
  尽管前翼的升力是正的，弥补了部分升力损失，但配平时的总升力不见得比后尾式高很多。(2)鸭式布局配平问题不好解决。一般情况下。鸭翼的负荷要比尾翼大，往往为尾翼的3～4倍。  因为把鸭翼放到前面，全机焦点随之前移，重心也需向前调整。
  这样鸭翼离重心的位置近，力臂短，使它的配平能力受到限制。再加上主翼对前翼有上洗，在大迎角时前翼容易先失速。这对起飞着陆和大迎角机动来说是不利的。直到上世纪60年代末瑞典人研制成功Saab一37飞机后，这些缺点才得到了一定程度的克服。
    作为M数为2一级的飞机，Saab一37没有采用复杂的增升措施就使起降距离缩短N400多米，达到了短距起落的要求。这一成就引起了国际上的广泛注意。Saab一37采用的是近距耦合鸭式布局，利用前后翼间脱体涡的有利干扰实现了高升力。
  (3)由于脱体涡在主翼面上的生成、发展、破裂和漂移对飞机的升力和纵横向的力矩特性影响很大，使得纵向力矩曲线出现极严重的非线性化，并导致了飞机的操稳品质变差。  为了解决这一问题，常规鸭式布局飞机不得不增大飞机的安定度，以求得纵向力矩曲线变得较直。
  这样一来，飞机的配平阻力增大，前翼的配平能力减小，导致飞机的机动性和起降性能变差。 　　解决的办法之一是采用电传操纵系统，放宽静稳定性。 。

因为它是可上下动的矢量喷口，一样可以做到低速大迎角机动，同时机动能力更好。

     如果采用鸭式布局，配平飞机时，可利用整个前翼或前翼后缘襟翼向下偏转，即可给出较大的抬头力矩，同时会产生正升力，提高了飞机的总升力。这种良好的作用在大攻角机动和起飞、着陆过程中尤为明显。
   鸭式布局的前置翼面在飞机重心之前，所起的作用是不稳定的。但是只要飞机的重心设计合理，飞机仍可保证全机俯仰稳定，前置翼的不稳定作用可以克服。  而现代飞机有电传操纵系统，飞机采用放宽静安定性设计，有点俯仰不安定反而有利于机动．更能发挥鸭式布局的优越性。
  如果用鸭翼而没有电传操纵，全靠飞行员操纵多种翼面，工作负担将会太重，效果不好还容易出事故。 　　但设计鸭翼布局战斗机时，不同战斗机对鸭翼的要求是不同的。  后来的研究发现，前置翼面有三种功能：改善主机翼气流流场；产生合适的俯仰力矩以平衡或操纵飞机俯仰运动（包括克服现代战斗机推力矢量可能引起的力矩变化）；着陆后增加飞机阻力。
  因此现在的鸭式布局发展成两种类型，即近距祸合式和俯仰平衡式。但这只是按设计鸭翼的侧重点来说，并非绝对的界限分明，其作用也是并存的。   　　世界上第一种成功利用鸭翼的作战飞机是1961年左右瑞典研制的Saab37“雷”式战斗机。
  它的鸭翼不能动，但有效地利用了旋涡系的作用。在大迎角时前翼产生强大的涡流，加强机翼的前缘涡，改善飞机大迎角状态机翼翼面气流流场，增加升力，有利于飞机短距起降和机动性能的提高。  这种空气动力的相互作用称“近距耦合”，这种气动布局就称为“近距耦合式布局”。
  由于涡流对鸭翼与机翼的距离远近和两翼面的上下距离位置很敏感，必须仔细设计和试验来决定其相对位置，否则作用不大或甚至有害。 　　如果前置冀面与大后掠角机翼相对位置合适，在大升力（大迎角）时前置翼面产生的脱体涡系正好经过后面的主翼面。
    在这种情况下，前置翼面所产生的旋涡系会改善主翼面上的压力分布，有可能使升力增大20％～30％。这种涡流同时作用于垂尾，得到良好的横侧稳定性。例如，有鸭翼的Saab37最大配平升力系数要比没有鸭翼的Saab35“龙”式战斗机大50％。
  前者是近距祸合式的典型。 　　法国的“幻影”III战斗机曾有一种改型，在座舱下的机身两侧加装了一对面积不大，但展弦比较大有下反角的前翼，像八字胡须，试验后效果很好。  后来，由于结构上改起来比较复杂，加上当时飞机没有电传操纵系统，使用起来也有困难，因此没有批生产。
  而法国的“幻影”4000（没有投产）、“阵风”则是近距耦合式，鸭翼完全可以操纵。 　　后来的新式鸭翼战斗机主要利用其第二种功能，鸭翼为可操纵。例如英、德、西、意合作的“台风”，俄罗斯的米格1。
    44和瑞典的JAS-39“鹰狮”等。这些飞机的鸭翼离机翼较远，主要用来改善飞机的敏捷性，克服三角翼的缺点。它在飞行中偏转的角度完全由计算机通过电传操纵系统视情况自动控制。
  当飞机从亚音速向超音速过渡时，鸭翼可减少飞机焦点前移（否则会使安定性猛增不利于机动），减少配平阻力和宜于进行超音速空战。  此外，在着陆接地后的滑行过程中，若想让鸭翼起减速板的作用，可让其偏转一个很大的负角（后缘向上大于60°）。
   　　为提高格斗机动性，将来战斗机可能采用推力矢量发动机，尾喷口能根据需要偏转15°～20°但这种状态除了增加飞机的机动能力外，还会产生一定的俯仰力矩，使飞机平衡困难。  有鸭翼的飞机则可以较好地解决这个问题。
   理论和实践都已经证明，鸭式布局特别适合与三角形机翼相配合。自从这种布局有关的技术问题为研制人员所掌握后，战斗机已经很少再采用无尾布局所以现代新型战斗机采用鸭式布局是很有道理的，也为将来采用推力矢量技术，提高格斗机动性做好准备。
     　　现在的问题是，为什么美国的两种最新战斗机F-22和F-35都不用鸭式布局呢？现代战斗机有三种时髦的设计。一是前述的鸭式布局，包括鸭式三角翼和鸭式前掠翼。第三种就是美国一惯采用的大边条翼。
  前掠翼在美国和俄罗斯都有验证机，如X-29和S-37（S是工厂研制编号，正式编号苏-47）。  这种机翼在气动力上是有好处的，升阻比大、格斗机动性好、亚音速航程较远、抗失速偏离能力强，对起降性能也有利。
  但机翼要求刚性特别好，否则会产生气动弹性发散，即不利的气动扭转。现在用复合材料特别剪裁工艺制造机翼才能满足抗扭要求。而这样的机翼抗损坏性和战时修复性较差。美国试飞完X-29后就对此种设计不再感兴趣。
    至于俄罗斯下一代新战斗机是否用这种布局还不清楚。 美国从F-5、F-16开始即很欣赏大边条翼，这种机翼加常规尾翼对机动性，特别是大迎角机动性很有好处，垂尾可以倾斜以利隐身。
  而且美国对这种布局设计已经很有经验，F/A-18也是用大边条翼。由于鸭翼对隐身性能不利，F-22和F-35对隐身能力的要求又放在很多其它要求之前，显然用鸭翼不大合适。  飞机是一种综合平衡的高科技产品，不同总设计师各有不同观点。
  不管黑猫、白猫，能抓住耗子的就是好猫飞机布局似乎也是这样。

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