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凤凰军事 防务短评 9月2日 机动性和涡流 随着越战的结束，美军第三代超音速战机的设计思路开始逐步接受约翰·博伊德“能量空战”理论。放弃兼顾对空对地的“高大全”想法，开始强调战机的机动性能：注重推重比、持续盘旋能力和可操纵性等指标。由此产生了经典的F-15、F-16战机家族。而前苏联的新一代战机Su-27和Mig-29家族也体现了类似的思路。高机动性三代机统治天空的时代自此开始。 为追求机动性能，设计师们努力研究提升飞机升力的方式。对比这些初代三代机的气动布局，就很容易发现它们大多采用了带边条的梯形机翼设计。在1970年代，涡流的作用开始被发现和利用。边条这种机翼和机身之间的过渡结构成为当时主流的涡流发生得到了广泛应用。 那什么是涡流？我们都知道飞机是依靠机翼上下表面气流的压力差产生的升力才能飞起来的，由于压力差的存在，气流就会出现从机翼下方向上方回流的现象。这种现象卷起的稳定气流就是涡流。涡流的速度更快，因而压力更低，所以在流经机翼表面的时候可以显著提升机翼的升力。 涡流可以有效增加机翼的升力和可用迎角并推迟失速。所以边条结构在早期的三代机上得到了广泛的应用。 三角翼和鸭翼 随着人们不断提升对速度和机动性的追求，超音速阻力小、瞬时转弯率高、可自行产生涡升力、大迎角机动性好的三角翼逐渐受到重视。但是三角翼在低速时的气动性能较弱，盘旋性能不足，而且一旦三角翼的自身涡流崩溃将导致严重的失速后果。因此设计人员开始寻找各种办法来进行弥补，经历了边条翼、双三角翼的探索后，鸭翼重新回到人们的视野中（人类第一架飞机采用的就是鸭翼结构）。鸭翼作为一个强力的涡流发生器，可以与主翼的涡流产生交互作用，提升主翼升力，推迟失速，提高大迎角性能。是三角翼的好搭档。 鸭翼对飞机设计的影响远比涡流发生器要深远得多，与同时期开始流行的静不定设计共同作用影响了后续战机的设计思路：在最常用的拉起机头动作中，常规布局战机通过尾翼产生负升力使机身上仰，这样会损失飞机的总体升力；而鸭翼布局则可以直接提升鸭翼的升力来拉起机头，增加飞机的总体升力。因此可以大幅增加战机的敏捷性。 然而有明显的优点也就会有明显的缺陷：鸭翼涡流将对主翼的内外两部分分别产生下洗和上洗作用。下洗会降低内侧主翼的有效迎角从而减少其升力，而上洗气流则会增加主翼外侧迎角增加，使外翼段气流提早分离。在不同的飞行姿态中，鸭翼涡流对主翼的影响也不相同，这使得飞机操纵复杂化，以人的反应很难进行操纵，因此早期的鸭翼是不可动的，仅仅起到涡流发生器的作用而不能控制俯仰以降低操控难度。但这也限制了鸭翼布局的气动潜力。因此美军曾有一个著名的说法“鸭翼最好放在敌机上”。 随着计算机控制技术的成熟，将鸭翼作为控制舵面成为可能。驾驶员通过操纵杆表达操纵意图，由计算机控制舵面来完成机动动作。鸭翼的优秀气动特性得以完全释放。于是在1990年代以后，以欧洲双风为代表的三代半战机不约而同的采用了鸭翼布局，我国歼十战机也是。那么，同为鸭翼布局的三代战机，它们的气动效果一样吗？ 台风：简单粗暴 强调超音速机动性 仔细观察“台风”战机的气动布局可以发现，其鸭翼距离主翼距离非常远，这样增加了鸭翼的升力控制力臂，因而“台风”在超音速条件下的姿态控制能力相当优秀（力矩=力*力臂长度）。因此“台风”也号称超音速能力仅次于F-22的西方战机。 然而远距离鸭翼产生的涡流对主翼的影响不大。可以说仅仅是起到了气动舵面的作用而回避了鸭翼涡流对主翼的不利影响。而为了稳定主翼的涡流又不得不在在鸭翼之后加装了一小片涡流发生器来辅助提升升力。颇有点“头痛医头，脚痛医脚”这种简单粗暴的味道。 阵风：削足适履 为上舰舍弃太多 “阵风”战机的鸭翼和主翼最近，两者之间产生了极大的耦合效应，在低速时升力特性优秀。作为一款必须上航母的战机，必须优先保证低速性能，否则连安全起降都将成为大问题。而且由于“戴高乐”号航母个头狭小，战机9吨重量的严格要求也限制了“阵风”的设计，近距离耦合导致鸭翼距离飞机重心较近，因而俯仰控制力矩不够强，主要起到涡流发生器的效果。 歼十：鸭翼设计的集大成者 歼十战机诞生之初，惯于给中国扣个“偷窃西方技术”帽子的西方媒体很快就给歼十找到了以色列Lavi“狮”式战机来当“爹”并广为流传。虽然同为鸭翼布局，歼十和Lavi无论是鸭翼位置还是作战用途都完全不同。歼十采用巨大的中距离鸭翼，而Lavi则更像“阵风”的近距离耦合；歼十是注重超音速机动性的制空战机而Lavi是侧重低速的对地攻击机。 歼十战机鸭翼相对较大，产生的升力也强，也能提升俯仰控制的力矩，在高速条件下的控制能力也很强。而鸭翼下洗气流对主翼的不利影响则采取巨大扭转外形的主翼进行缓冲弥补：翼根和翼稍分别扭转以应对鸭翼涡流的不利影响，获得最大的升力特性。可以说是鸭翼布局中对控制和增升两方面都兼顾完善的典范。 歼十战机之所以能在鸭翼的应用中做出如此优秀的设计，成飞的设计经历也许能告诉我们答案：1970年，为满足军方对歼九战机的技术指标，611所提出了鸭翼布局方案，从此走上了“做不完的模型、吹不完的风”的探索之路，为中国鸭翼设计奠定了坚实的理论基础和设计经验。而此时，世界上还没有任何一种鸭式布局的喷气式战机服役，欧洲双风项目的最早启动也要到1979年了。1980年，歼九战机因为国家战略方向调整而终止研发，但是留下的技术遗产并没有浪费，最后在歼十战机的设计中重获新生。（凤凰军事 防务短评 铭锋） |
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