总有一些人觉得鸭翼就是一个失败的设计,美国人甚至还有一个说法,鸭翼这种东西最好装在敌人的飞机上。
歼-20的鸭翼真的是一个失败吗?
鸭翼问题
对于鸭翼有什么问题,回答还是老生常谈的几项,破坏隐身性,只是发动力性能不行之下的无奈选择等等。
而由于现在全世界使用这种布局的战斗机很少,美国,俄罗斯的五代机也都没有采用这种设计,所以很多人人云亦云更觉得鸭翼不好。
事实真的是这样吗?
的确现在几乎没有几架战机使用的是鸭式布局,目前只有中国的歼10,欧洲的台风,俄罗斯的苏-30SM ,MKI等屈指可数的几型。
但,如果追根溯源的话,鸭翼布局可不是后生晚辈,它才是气动布局的老祖宗,1903年莱特兄弟设计的飞行器采用的就是前(鸭)翼布局。
只是后来的飞机设计中,很少会采用这种设计方式,第一是因为前翼布局的稳定性较差,对配置设计要求很高,第二点则是因为后来的飞机制造者想要规避使用莱特兄弟的专利,所以特意采用了其他的布局方式。
虽然没有得到很好的延续,但鸭翼设计也并没有被束之高阁,二战武器大发展期间,很多国家都进行过相关的研究,只是都没有取得什么成效。
这中间最主要的原因是科技发展水平的限制,鸭翼在大仰角的状态下很容易失速,并且和其他机翼互相干扰,因此,它在设计之初就必须完美融合机体结构,空气动力学等等问题。
但当时的科技并没有发展到这样的水平,受到限制,研制工作自然很难成功。
因此到了六十年代,线控技术和超音速时代来临后,鸭翼才终于迎来了大展身手的机会。
瑞典萨博
北美航空公司率先推出了XB-70“女武神”轰炸机证实了鸭翼设计的可行性,随后俄罗斯也不甘落后研制出了T-4超音速远程战略轰炸机。
但十分遗憾的是,随着防空导弹技术的进步和战斗机研制需要的高额费用,美俄两国都将战斗重心转移到了造价更低,威力更明显的导弹研制上,鸭翼的探究至此告一段落。
目前,世界上公认的第一款鸭翼布局量产型战机是瑞典的萨博-37战机,它在气动布局上采用了一种非常罕见且激进的设计,三角翼近距耦合鸭式气动布局,这种史无前例的气动布局在当时曾引起了广泛的争议。
但实践出真知,这样的设计最终被证明是成功的,虽然萨博-37并没能参与实战,但根据记载,它曾在波罗的海上空成功多次锁定,拦截过美国的SR-71黑鸟侦察机,要知道这款战机最大飞行速度可以达到3.2马赫,号称连导弹都追不上,至今都不失先进性。
萨博-37以优异的表现,有力的证明了鸭翼的价值。鸭翼也开始被航空界接受,此后苏联,北约国家,纷纷加大了相关领域的研究。
而另一个值得注意的地方是萨博正式服役是上世纪七十年代,而我国同样采用鸭式布局的歼-9截击机立项则是在上世纪六十年代,也就是说在我国制定研制方案时,世界上并没有一款采用相同布局的现役战机。
由此可见我国设计师的先见之明,我国早就注意到了鸭翼的潜在优势。
虽然最后由于技术条件的限制,歼-9并没能成型,但这次尝试也为日后歼-10,歼-20的成功打下了坚实基础。
近耦合鸭式布局
那为什么,瑞典会成功,而技术更先进的美苏却失败了呢?
这之中最主要的原因是萨博在设计上进行了变化,采用了近耦合鸭式布局。
美苏的XB-70,T-4和萨博虽然都使用的是鸭翼布局,但细微处有很大的不同,美苏使用鸭翼的目的,是想要依靠这种设计来抵消高速飞行时,因为主翼升力过大导致重心后移的问题,因此鸭翼和主翼之间的距离相当远,一项至关成败的物理作用就失去了形成条件。
这就是耦合作用,通过气动弹性剪裁后的后掠机翼连用,机翼可以产生接近椭圆的展向压力分布,从而减小飞行阻力。这种现象一般被称作耦合作用。
萨博-37正是通过近耦合的布局使翼脱体涡流经过机翼时能够产生有利干扰,延迟机翼失速,从而获得较大的大迎角升力,增加了稳定性。激发出了鸭翼的潜力。
同时它还可以有效的平衡在不同飞行状态时气动需求的矛盾。
如果搭配上三角翼的话,战斗机的机动性还会有更明显的提升。
但是这又产生了一个新问题,既然鸭翼的实用性已经得到很好的验证了,为什么美国还是不承认鸭翼的价值,认为它没什么用呢?
首先来说,美国并不是认为鸭翼没有用,也并没有放弃对鸭翼的研究,XB-70虽然并没有持续下去,但在之后的X-29,F-15STOL/MTD上美国都尝试过前掠翼布局。
对美国没什么用
并不是鸭翼没什么用,而是鸭翼对当前阶段的美国没什么用
正如我们前面提到的,采用鸭翼设计很大原因是为了弥补发动机能力不足的问题,中国的歼-10,法国的台风,阵风和美国的同类型战机比起来发动机性能的确不足,在这种情况下,想要缩小差距,鸭翼就是最无奈,但也是最适合的选择。
对于拥有F-119、F-135这样强大航发的美国来说,鸭翼确实是个鸡肋般的存在,会继续研制,但不会当做最重要的项目。
而且美苏争霸结束后,美国也没有了继续进行装备竞赛的必要,F-15和F-16已经可以满足需要,并且美国专家认为超音速飞行的潜力更大,没必要在鸭翼上投入过多精力。所以才会认为鸭翼没什么用。
最适合的才是最好的
但俗话说,最适合的才是最好的,对于我国来说,鸭翼就是那个最适合的选择。
现阶段,我国空军相比起美国,苏联来说在发动机技术上落后了很多,并且这个问题还会继续长期存在下去,不能因为这样就停止战机研发,干等发动机研制出来。
早在歼-20设计阶段,我国就在想办法解决这个问题,这时可以弥补发动机缺陷的鸭翼就是最好的选择。
在设计师的完美设计下,鸭翼的性能几乎被发挥到了极致,雷达整流罩、鸭翼、大边条和主翼前缘四个涡流发生器,完美提升了涡流增升效果,机动性毫不逊色。
从歼-9起步,到歼-20,中国的战斗机研发之路充满艰辛和苦涩,虽然未来我们必将拥有更先进的航发,彻底解决战机心脏病。
但鸭翼在这之中的功劳不会也不该被遗忘,它始终是我国航空发展史上浓墨重彩的一笔。