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全球五代機只有中國用鴨翼,這是為何?
送交者: 中國海軍 2021年01月27日18:48:03 於 [軍事天地] 發送悄悄話

全球五代機只有中國用鴨翼,這是為何?

總有一些人覺得鴨翼就是一個失敗的設計,美國人甚至還有一個說法,鴨翼這種東西最好裝在敵人的飛機上。


殲-20的鴨翼真的是一個失敗嗎?

全球五代機只有中國用鴨翼,這是為何?


鴨翼問題

對於鴨翼有什麼問題,回答還是老生常談的幾項,破壞隱身性,只是發動力性能不行之下的無奈選擇等等。


而由於現在全世界使用這種布局的戰鬥機很少,美國,俄羅斯的五代機也都沒有採用這種設計,所以很多人人云亦云更覺得鴨翼不好。


事實真的是這樣嗎?


的確現在幾乎沒有幾架戰機使用的是鴨式布局,目前只有中國的殲10,歐洲的颱風,俄羅斯的蘇-30SM ,MKI等屈指可數的幾型。


但,如果追根溯源的話,鴨翼布局可不是後生晚輩,它才是氣動布局的老祖宗,1903年萊特兄弟設計的飛行器採用的就是前(鴨)翼布局。


只是後來的飛機設計中,很少會採用這種設計方式,第一是因為前翼布局的穩定性較差,對配置設計要求很高,第二點則是因為後來的飛機製造者想要規避使用萊特兄弟的專利,所以特意採用了其他的布局方式。


雖然沒有得到很好的延續,但鴨翼設計也並沒有被束之高閣,二戰武器大發展期間,很多國家都進行過相關的研究,只是都沒有取得什麼成效。


這中間最主要的原因是科技發展水平的限制,鴨翼在大仰角的狀態下很容易失速,並且和其他機翼互相干擾,因此,它在設計之初就必須完美融合機體結構,空氣動力學等等問題。


但當時的科技並沒有發展到這樣的水平,受到限制,研製工作自然很難成功。


因此到了六十年代,線控技術和超音速時代來臨後,鴨翼才終於迎來了大展身手的機會。


瑞典薩博

北美航空公司率先推出了XB-70“女武神”轟炸機證實了鴨翼設計的可行性,隨後俄羅斯也不甘落後研製出了T-4超音速遠程戰略轟炸機。

全球五代機只有中國用鴨翼,這是為何?


但十分遺憾的是,隨着防空導彈技術的進步和戰鬥機研製需要的高額費用,美俄兩國都將戰鬥重心轉移到了造價更低,威力更明顯的導彈研製上,鴨翼的探究至此告一段落。


目前,世界上公認的第一款鴨翼布局量產型戰機是瑞典的薩博-37戰機,它在氣動布局上採用了一種非常罕見且激進的設計,三角翼近距耦合鴨式氣動布局,這種史無前例的氣動布局在當時曾引起了廣泛的爭議。


但實踐出真知,這樣的設計最終被證明是成功的,雖然薩博-37並沒能參與實戰,但根據記載,它曾在波羅的海上空成功多次鎖定,攔截過美國的SR-71黑鳥偵察機,要知道這款戰機最大飛行速度可以達到3.2馬赫,號稱連導彈都追不上,至今都不失先進性。


薩博-37以優異的表現,有力的證明了鴨翼的價值。鴨翼也開始被航空界接受,此後蘇聯,北約國家,紛紛加大了相關領域的研究。


而另一個值得注意的地方是薩博正式服役是上世紀七十年代,而我國同樣採用鴨式布局的殲-9截擊機立項則是在上世紀六十年代,也就是說在我國制定研製方案時,世界上並沒有一款採用相同布局的現役戰機。


由此可見我國設計師的先見之明,我國早就注意到了鴨翼的潛在優勢。


雖然最後由於技術條件的限制,殲-9並沒能成型,但這次嘗試也為日後殲-10,殲-20的成功打下了堅實基礎。


近耦合鴨式布局

那為什麼,瑞典會成功,而技術更先進的美蘇卻失敗了呢?


這之中最主要的原因是薩博在設計上進行了變化,採用了近耦合鴨式布局。


美蘇的XB-70,T-4和薩博雖然都使用的是鴨翼布局,但細微處有很大的不同,美蘇使用鴨翼的目的,是想要依靠這種設計來抵消高速飛行時,因為主翼升力過大導致重心後移的問題,因此鴨翼和主翼之間的距離相當遠,一項至關成敗的物理作用就失去了形成條件。


這就是耦合作用,通過氣動彈性剪裁後的後掠機翼連用,機翼可以產生接近橢圓的展向壓力分布,從而減小飛行阻力。這種現象一般被稱作耦合作用。

全球五代機只有中國用鴨翼,這是為何?


薩博-37正是通過近耦合的布局使翼脫體渦流經過機翼時能夠產生有利干擾,延遲機翼失速,從而獲得較大的大迎角升力,增加了穩定性。激發出了鴨翼的潛力。


同時它還可以有效的平衡在不同飛行狀態時氣動需求的矛盾。


如果搭配上三角翼的話,戰鬥機的機動性還會有更明顯的提升。


但是這又產生了一個新問題,既然鴨翼的實用性已經得到很好的驗證了,為什麼美國還是不承認鴨翼的價值,認為它沒什麼用呢?

首先來說,美國並不是認為鴨翼沒有用,也並沒有放棄對鴨翼的研究,XB-70雖然並沒有持續下去,但在之後的X-29,F-15STOL/MTD上美國都嘗試過前掠翼布局。


對美國沒什麼用

並不是鴨翼沒什麼用,而是鴨翼對當前階段的美國沒什麼用


正如我們前面提到的,採用鴨翼設計很大原因是為了彌補發動機能力不足的問題,中國的殲-10,法國的颱風,陣風和美國的同類型戰機比起來發動機性能的確不足,在這種情況下,想要縮小差距,鴨翼就是最無奈,但也是最適合的選擇。


對於擁有F-119、F-135這樣強大航發的美國來說,鴨翼確實是個雞肋般的存在,會繼續研製,但不會當做最重要的項目。


而且美蘇爭霸結束後,美國也沒有了繼續進行裝備競賽的必要,F-15和F-16已經可以滿足需要,並且美國專家認為超音速飛行的潛力更大,沒必要在鴨翼上投入過多精力。所以才會認為鴨翼沒什麼用。

全球五代機只有中國用鴨翼,這是為何?


最適合的才是最好的

但俗話說,最適合的才是最好的,對於我國來說,鴨翼就是那個最適合的選擇。


現階段,我國空軍相比起美國,蘇聯來說在發動機技術上落後了很多,並且這個問題還會繼續長期存在下去,不能因為這樣就停止戰機研發,乾等發動機研製出來。


早在殲-20設計階段,我國就在想辦法解決這個問題,這時可以彌補發動機缺陷的鴨翼就是最好的選擇。


在設計師的完美設計下,鴨翼的性能幾乎被發揮到了極致,雷達整流罩、鴨翼、大邊條和主翼前緣四個渦流發生器,完美提升了渦流增升效果,機動性毫不遜色。


從殲-9起步,到殲-20,中國的戰鬥機研發之路充滿艱辛和苦澀,雖然未來我們必將擁有更先進的航發,徹底解決戰機心臟病。


但鴨翼在這之中的功勞不會也不該被遺忘,它始終是我國航空發展史上濃墨重彩的一筆。


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