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戰鬥機外形鴨翼布局有什麽優缺點?

鴨式布局實際上是壹種性能非常優秀的外形設計,如果設計得好了,壹身都是優點。但是它的核心缺點就是要想設計好鴨式飛機極其困難,它有很多設計參數是完全矛盾的。稍微有壹點設計不好,性能就壹塌糊塗。

對於滑翔機或者模型來說,鴨式布局飛機最大的困難在於控制,在同代的戰鬥機中鴨式飛機的飛控水平都是頂尖的。F16水平的飛控拿到殲10或者鷹獅上絕對會產生災難性後果。

所以,除非妳背後有壹個世界頂尖水平的飛控團隊,否則妳連讓壹架靜不穩定的鴨式飛機四平八穩的飛壹圈都做不到。

所以壹般做飛機模型的會將飛機配平到較高的靜穩定狀態。同時鴨翼基本就是個裝飾,用升降襟副翼來操縱。

本來不想多說什麽的,但是這裏對前面朋友的壹些錯誤進行補充。

鴨式布局是壹種非常優秀的設計,但是它的設計難度極高,設計得稍微有些不好,所有的優點都會變成缺點。

讓我們從頭開始吧。

首先,由於大翼位於前翼的下洗氣流當中,有效迎角減小,因此鴨式布局實際上是壹種減升力布局!這在早期對“擡式布局”的研究當中已經得到了明確的結論。

鴨翼要起到增升效果需要依靠兩個原理,壹個是近距耦合,另壹個是渦流增升。請註意這是兩個原理上完全不同的概念,很多朋友會混為壹談。近距耦合實際上是前翼下洗氣流與大翼上表面流場的耦合,因此要求前翼要高於大翼並且盡可能靠近大翼,最好要覆蓋到大翼的上方。這就是陣風和鷹獅的典型設計。渦流增升的作用和前面朋友所說的完全相反,它不是吹除附面層,而是吹除附面層分離區域,增強附面層能量,推遲失速的發生。但是在小迎角時鴨翼拉不出足夠強的渦流,而在大迎角時鴨翼壹般是負迎角,也拉不出渦流。

鴨翼由於位於焦點的前方,因此鴨翼容量(面積乘以力臂)增大時飛機的靜穩定性減小,這壹點與後尾式布局飛機恰好相反。由於鴨式布局的控制極其復雜,靜不穩定性受到很大限制,因此鴨翼容量壹般不允許太高,而飛機的配平和控制能力又完全取決於鴨翼容量,因此鴨翼的配平和操縱能力都比較差。需要用升降襟副翼輔助甚至主要操縱。

由於鴨翼的配平能力差,因此它對於飛機焦點的移動非常敏感,為此鴨翼必需要搭配焦點移動較小的小展弦比大三角翼。而不是它天生就焦點移動小。

鴨翼位於大翼的上洗氣流當中,因此它的迎角比大翼要大,因此在擡頭過程中鴨翼會先失速,而且大翼上洗流會非線性的加強鴨翼的升力造成更大的擡頭力矩,因此在拉迎角的過程中容易出現不可遏制的翻滾動作。為了抑制擡頭趨勢,鴨翼在靜不穩定飛機上需要做負配平,也就是說擡頭的時候鴨翼需要下壓,防止擡頭過猛。這壹點在殲10和殲20身上表現得都非常明顯。

鴨式布局飛機沒有所謂的迎角恢復能力,實際上鴨翼壹旦失速,耦合作用和鴨翼渦都會變得不規則,會造成大翼氣流的混亂和飛機不規則的翻滾。鴨翼的展弦比壹般都遠大於大翼,而不是更小。但是,由於前翼下洗流和渦流的影響,鴨式飛機的大翼很難失速,所以只要解決鴨翼失速和控制的問題,鴨式飛機的可用迎角就可以大幅度提高。

對於靜不穩定飛機來說襟副翼放下時會產生擡頭矩,因此平尾需要產生正升力,而鴨翼產生負升力才能配平。但壹般情況下起降過程中鴨式飛機都是不放襟翼或者盡可能小的放襟翼。例如陣風的升降襟副翼就是中立或上偏,臺風,鷹獅,殲10,殲20都是小角度下偏。所以,鴨式布局實際上對發揮襟翼的作用是不利的。

鴨翼實際上對於隱身沒那麽大影響,因為三代機當中的後尾式飛機的平尾都比大翼要低,而鴨式飛機的前翼又比大翼高,所以根本都擋不住。四代機不管是F22還是殲20,都把操縱面和大翼放到同壹位置,於是都能擋住(鴨翼也能擋住大翼的壹部分)。

鴨式飛機的操縱非常復雜,因為要利用到耦合作用,需要前翼和大翼非常接近,這時兩者之間的相互影響非常嚴重,上洗流、下洗流、渦流攪在壹起,致使控制率非常復雜。除非像臺風壹樣把前翼放得很遠。而且這種復雜性隨著靜不穩定性的升高和鴨翼容量的增大而成幾何級數升高。

鴨翼的優點是:

正常飛行狀態下耦合作用的增升效果非常明顯,而且鴨式飛機的擡頭能力強,因此鴨式飛機是短距起降之王。載荷能力和盤旋能力也非常強。

鴨式飛機是敏捷性之王。壹般認為鴨式飛機天然就是高敏捷性的。因為鴨翼位於大翼前方,流場比較幹凈,前翼操縱方向與升力變化方向壹致,操縱響應迅速,而且大翼的上洗流對前翼產生較強的擡頭趨勢,擡頭能力很強。在大迎角過程中能夠在壹定程度上主動的控制流過大翼的渦流。因此在大迎角條件下或者拉迎角過程中仍然能夠快速的拉橫滾,後尾式布局飛機在這種條件下兩側大翼會發生不對稱的失速。

鴨式飛機容易滿足面積率,超音速阻力小。而平尾放在最後面,壹般都會破壞面積率,不好處理。

傳統上認為鴨式飛機的最大可用迎角比較小,靜不穩定性比較低,配平能力弱。因此機動性有限,敏捷性無法充分發揮,最大平飛速度不能太高。也就是說優點發揮不出來就都變成弱點了。唯壹僅剩的優勢就是短距起降,這就是SAAB-37雷式戰鬥機。

解決的唯壹辦法就是高水平的飛控。以殲10為例,它采用了容量巨大的鴨翼(大面積,中距離,不對稱翼型)以解決配平和操縱能力問題,以卸載式操縱解決大迎角控制問題,以高度放寬的靜不穩定性(幾乎是三代機中最大)提高機動性和敏捷性,並以鴨翼的差動控制進壹步強化敏捷性和機動性。但代價就是極度復雜的飛控系統。

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