圖:鴨翼應該長對手戰鬥機身上的論斷,經常被用來嘲諷殲10乃至於殲20
F16總設計師的“鴨翼最好的位置,就是長在對手戰鬥機上”的論斷,是在早年控制技術尚不成熟(F16早期只有模擬電傳飛控可用)時做出的;具備極大的時代背景特色和局限性,在上世紀90年代以後就隨着陣風戰鬥機的成熟而成了笑話。
在瑞典在JA37上首先突破脫體漩渦流型,率領包括F22、殲20在內的現在所有先進戰鬥機,學會在機翼前方製造強烈漩渦氣流,大幅度提升飛機升力性能以後;鴨式布局成為了戰鬥機研發的熱點,並且真正興起到與常規布局平起平坐的地位。
鴨式布局的核心優點來自兩個方面。第一個優勢來自於進入超聲速飛行狀態以後,激波的產生會使得飛機的氣動力中心急劇後移。換句話說,同樣是控制飛機抬頭和低頭,平尾的控制效率就低了——因為力臂短了;而鴨翼的效率就會提高——因為力臂長了。
特別是由於噴氣戰鬥機的發動機在後面,重心本來就靠後;鴨翼只需要更小的面積,而且不需要利用尾撐結構進行延長,就能獲得相同的操縱能力——這意味着更輕的重量和更小的阻路。
第二個優勢在於鴨翼本身繼續作為類似水平尾翼、起到俯仰控制面作用的同時,同時充當了撕裂迎面氣流、捲起漩渦的渦流發生器。而在第三代戰鬥機上,需要額外的邊條翼來起到類似的作用;這意味着更大的阻力與重量,而且由於邊條翼的寬度和面積、特別是與機翼的空間關係等因素,其產生渦流的強度和增升效果不及鴨翼。
但是,鴨式布局的第二個優勢,帶來了災難性的控制難度和風險。利用漩渦來增加升力,本身就是非常危險的做法——隨着渦流發生器和迎面氣流的夾角增大或者減小,渦流的增強和衰弱是非常敏感而急劇的。
就像一輛調校極爛的小排量高功率渦輪車排隊爬地庫過門禁系統,油門踩輕了,熄火溜車撞後車;油門踩重了,車輛竄出去撞前車。在邊條翼的常規布局上,控制難度要低很多;畢竟水平尾翼和邊條分離,產生的渦流本身強度也弱一些,不算太難處理。
但是在全動鴨翼的鴨式布局戰鬥機上,鴨翼本身讓飛機抬頭低頭的過程就是要上下偏轉的;這意味着同樣的偏轉指令,鴨式布局戰鬥機的渦流變化和飛機姿態的響應,劇烈程度遠遠超出常規布局戰鬥機。
這意味着兩個方面的問題——首先,要將全動鴨翼的鴨式布局戰鬥機實用化,需要一套非常先進的飛行控制系統;能夠運行非常複雜的控制律軟件,極為靈敏和準確的控制戰鬥機。這個問題,直到數字化的電傳飛控系統實用化以後才得到解決。
其次,鴨式布局的戰鬥機,在設計時必然將遇到相當多的局限,為了保證飛行控制安全而不得不放棄理論上性能最好的氣動設計。這一點在三代機上表現的很明顯,比如三代鴨式布局戰機沒有一種能將鴨翼和機翼水平安置,將整個機身做成真正完整的升力體布局設計,主要的問題就是降低飛行控制的難度和風險。直到殲20才解決這個問題。
換句話說,在相當長時間內,鴨式布局都是一種設計風險和難度高得多的選擇。但是戰鬥機最終的整體飛行性能受到的影響是非常多方面的,選用鴨式布局卻無法將其理論優勢盡數發揮的話,那麼還不如選擇自己最熟悉的布局路線,將其設計儘可能優化到最好水平,獲得的性能反而會更好。
鴨翼最好的位置在哪裡,根據不同的思路不一定有定論——比如陣風和殲20,設計思想權衡就不一樣;但是鴨翼最蠢的位置在哪裡,卻是非常明顯的——比如21世紀以後還拿來參與五代機競爭的三翼面布局戰鬥機身上。