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歼20的鸭翼为什么不需要保留?
鸭式布局最大的好处是可以为主翼增升,同时可以为飞机提供“正升力”,所以采用鸭式布局的飞机“敏捷性”都非常好,而目前战斗机空战中最重要的性能要求就是“敏捷性”。
当然,鸭式布局的缺点也很明显,首先是鸭式布局虽然能为飞机提供“正升力”,但是在三代机普遍静不稳定设计下,飞机为了配平会变成“负升力”,所以鸭翼角度需要在飞机飞行过程中做不停的调整,而为了避免鸭翼在不停调整过程中所产生的涡流与下洗对飞机操纵性的影响,就需要极强的飞控设计来让飞机其他舵面的操纵来配合。
其次是面积率的问题,因为鸭式布局没有平尾,不能像常规布局那样是通过主翼、垂尾、平尾的耦合衔接、总翼展逐渐缩小来满足飞机面积率,所以鸭式布局的面积率会弱于常规布局,在采用鸭式布局的飞机在超音速巡航性能上不如常规布局,而为了提高鸭式布局飞机的超音速巡航能力,就必须拉长机身来增加长细比,这也是为什么歼20看着很长的原因。
所以鸭式布局的设计需要非常强大的飞控设计来支持,而在上世纪八十年代以前,航空微电子技术落后的年代,飞机的机械飞控和模拟电传飞控是不能支持鸭式布局的复杂气动设计要求的,所以直到1984年采用摩托罗拉工作台处理器的阵风原型机首飞,才算标志着鸭式布局的兴起。
图注:1984年首飞的阵风原型机。
而鸭翼对隐身性能的影响其实是一个谣言,起源就是在上世纪七十年代,那个还不能解决鸭式布局复杂飞控年代下,美国人的那句“鸭翼最好的位置是在敌人的飞机上”。
图注:美国第一款研究鸭翼高机动性的验证机“HiMAT”首飞测试在1979年-1983年,而它的鸭翼则是固定的,仅是充当了一个前置涡流发生器的作用,真正有可动鸭翼的鸭式布局的“X-31”则要等到1986年底了,著名的“F15 ACTIVE”(也称NF-15B)则是三翼面布局,并不是鸭式布局,试飞也是在1984年,所以美国人在上世纪七十年代宣称“最好的鸭翼是在敌人的飞机上。”
还有后来在90年代初的时候,美国麦道公司与NASA联合进行了一项“未来战机研究计划”,里面有一个“飞机低可探测”研究项目,在所有测试的几种取消垂尾的飞机构型中,发现前翼虽然能提高敏捷性,但代价是“可见度尚可”。
但是那个“低可探测性研究”中,麦道公司所指明的两种鸭翼布局,115是三翼面布局,而119则是固定鸭翼的为“鸭式布局”,其鸭翼只不过充当了一个涡流发生器的作用,与真正的“前置可动鸭翼后无平尾”的鸭式布局根本就是两码事。
图注:注意其115是三翼面布局,而119则是充当的“涡流发生器”的固定鸭翼。
所以鸭翼影响隐身其实是一个“以讹传讹”的谣言,而为什么五代机中目前只有歼20采用鸭式布局?
那是因为其他五代机各自诞生年代、性能要求相互取舍的原因;
我们要知道,F22诞生的年代太早,“美国先进战术战斗机计划”(ATF)的起源要追溯到70年代初,洛克希德马丁对F22的设计方案定型是在1982年末,技术指标确定是在1983年6月,那个时候F22根本就没赶上鸭式布局的兴起,而且当时的航空电子技术也不支持,所以F22没有采用鸭式布局。
图注:F22“ATF”
项目技术方案提交要比鸭式布局飞机实用早的多。
而诞生F35的“美国联合攻击战斗机”(JSF)计划,它的技术要求,跟F22这种侧重制空的重型战斗机根本不一样,首要要求是“三军通用”的“联合攻击机”,说白了就是一种可以三军通用并带一定空战能力的攻击机。
所以它最重要的机型是F35B,整个JSF方案都是在围绕F35B进行的,而F35B要满足垂直起降要求就很难采用鸭式布局;
因为F35B前置升力风扇的原因,就导致其中心前移,所以后面要伸出很长的平尾去配平,而鸭式布局是没有平尾的,同时一个以多用途为主要要求的“攻击机”,自然也对以空优“敏捷性”为侧重点的鸭式布局不感冒,所以鸭式布局就落选了。
图注:在多国联合研制的“JSF”
项目之前,美国自己的“JASF”项目(可以看作JSF项目的前身)其原型机就有鸭式布局,后面要伸出非常长的尾撑来配平。
而自八十年代后期鸭式布局兴起后,全世界所有在八十年代后期诞生以制空为主的战斗机,其实都是鸭式布局。
哪怕是诞生苏57的“PAK FA”项目,最开始的预研两个方案;米格设计局的“米格1.44”与苏霍伊设计局的“苏-47”也都有鸭翼,甚至在2002年苏霍伊设计局竞标时采用的五种方案里,也有鸭式布局。
而苏霍伊设计局之所以没选鸭翼,是苏霍伊总设计师“西蒙诺夫”和“PAK FA”项目总设计师”达维登科”在多种性能上取舍的原因,绝不是鸭翼不好。
所以苏57尽管没有鸭翼,但是设计了一个跟鸭翼功能类似的“机翼前缘可动边条”,但是最终没采用鸭式布局的“苏-57”现在看来明显是失败的,几乎所有军事专家、军事爱好者都对它的隐身性能加以批评,甚至俄军方自己都不愿意多采购。
为什么很多人现在对歼20的鸭翼加以批评,其实说白了都是人云亦云,别人怎么说他也怎么说,跟本就没考虑过鸭翼到底为什么影响隐身?又为什么既然鸭翼会隐身,那么常规布局那么巨大的平尾就不影响?
所以我们一定要有一个清醒和头脑和准确的认知来判断事物,千万不能被带路党带跑偏了。
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相当有必要,歼20的鸭翼不但不是他的弱点,反而还是他的优点。鸭翼不适合五代机纯属是胡说,反对鸭翼的理由无非是鸭翼影响隐身,但是事实果真如此吗?显然不是。
歼20的鸭翼不但不多余,而且很合理。
飞机的隐身最大难题在于翼面的隐身,于是飞机的翼面越少,隐身越好,这倒是一个事实,少一对翼面就可以少处理一对翼面的雷达反射,所以对机动性要求不高的轰炸机甚至可以做成飞翼式布局,因为这样可以为他减少垂尾、平尾两对一共4个翼面的雷达反射面。现在常见的第六代飞机也大都是不要平尾或者垂尾的设计,以一对大角度倾斜尾翼来替代平尾和垂尾的功能。
目前出现的几个六代机的可能设计,都是采用了进一步缩减翼面的方式增强隐身。
但是歼20的翼面并没有因为鸭翼而增多。相对而言,F35和F22是常规布局,有主翼、平尾、垂尾,三对一共6个翼面,而歼20却没有平尾,也就是说,歼20虽然多了鸭翼,却只有主翼、鸭翼、垂尾3对6个翼面,翼面没有比常规布局增加,因此没有影响隐身设计。在过去,人们说鸭翼影响隐身,主要是特指在常规布局飞机上增加鸭翼,比如苏33和早期苏35、歼15和沈飞的雪鸮等这样的在常规布局上再加上鸭翼的飞机。
仅保留主翼的设计是最隐身的。
至于歼20保留鸭翼可以带来的功能,那就太多了。首先,鸭翼可以极大的改善歼20的机头指向能力,在中距离作战和扩大雷达扫描范围中非常有用,在格斗空战中对于改变机头攻击方向有着很大的实用性。而且,歼20有一对全动垂尾,在歼20进行高机动动作的时候,垂尾会进行大量的数字化操控下的随动动作,这时就需要鸭翼对机头进行控制以平衡各方面的作用力,进一步提高飞机机动中的稳定性。
歼20的翼面并没有比常规布局多出来,这样设计对于隐身没有影响。
最后,歼20属于一架可以超音速巡航的飞机,他的鸭翼在飞机进入超音速状态后,继续保持飞机的灵活机动很有价值,增强了飞机的超音速机动能力。