相对常规布局 鸭翼战机有什么优点？

作者：张亦驰

最近网络上传出的消息称，基于苏-27的一些机型，在某项对抗中再次胜出。盘点近些年的对抗，往往是基于苏-27的机型胜出更多，而鲜见单发鸭部队夺冠。当然，这并不能简单地说哪种机型格斗性能好，而是与机载武器、机载设备和人员素质密切相关。不过，我们不妨借这个机会说说以往被认为优势巨大的鸭式布局。

一提起鸭式布局，很多军迷都认为要比常规布局好，气动收益很大。对于发动机不行的国家来说，似乎只能用鸭式布局“在气动上补”（其实发动机不咋地的俄罗斯并没有装备鸭式布局战斗机，发动机不弱的欧洲反而用了不少鸭式布局）。那么，鸭式布局到底有什么优势？有那么多优势还为什么老被苏-27搞？这次，我们试图简单但是力争客观地分析下鸭式布局的优缺点。

传统的常规布局飞机，重心位于气动焦点前，其尾翼进行负配平，使得升力降低。

人们最早搞鸭式布局战斗机，其实主要是看中了它进行正配平的优点。常规布局的静稳定的战斗机，飞机重心在前，全机焦点在中，尾翼在后，这样作用于重心的重力向下，作用于焦点的升力向上，为了保持平衡，尾翼必须产生负升力才能保持纵向平衡，所以尾翼进行负配平。这样就降低了全机的升力，减小了升阻比。特别是放下襟翼的时候，需要提供配平的负升力就更大。像美国的F-4战斗机，由于在后缘襟翼采取了附面层控制技术，放下襟翼后低头力矩极为明显，尾翼在配平时已接近失速，不得不让尾翼前缘上翘，翼型变为反弯度的。日本的PS-1水上飞机甚至使用了尾翼下表面吹气技术来增加负升力。

鸭式布局（下）重心位于机翼焦点前，鸭翼进行正配平，整体升力更大。

鸭式飞机则不同。一般来说其重心位于前翼和主翼的焦点之间，前翼进行正配平，前翼和机翼把飞机抬起来，这样飞机的整体升力就大了。特别是在起飞的时候，鸭翼产生正升力，促使飞机抬前轮，理论上应该具有很好的起降性能。

这就是最初人们脑补的鸭式布局的优势。

为降低鸭翼对机翼的下洗气流影响，萨伯-37对主翼进行了切根处理。这种做法的另一优势是让机翼面积最大化，降低翼载荷。

但是进一步研究就发现问题了。因为流经前翼的气流会对后面的机翼产生强烈的下洗作用，相当于减小了机翼的迎角，这样会降低机翼的升力。这样一来此消彼长，通过前翼正配平产生的升力增量，又被气流下洗导致的机翼升力降低抵消了，甚至整体的升力不升反降。至少，正配平的优势荡然无存。其实这一问题在鸭式布局的导弹上也比较突出，如果不采取一些气动措施，鸭翼对后面的大型弹翼形成的下洗作用，导致弹翼会形成更大的反向力矩，那会导致鸭翼很难通过差动来控制导弹的滚转。

另外，鸭翼的配平能力比较差。因为鸭翼距离重心比较近，配平力矩比较短，有些飞机，当飞机放襟翼，鸭翼打到头也很难平衡。

当然，这也难不倒技术人员。前翼对机翼前缘产生下洗，我们把受到影响的那块机翼前缘砍掉不就行了。瑞典萨伯-37“雷电”就这么干的。将机翼翼根切去一块，这样既得到了正配平的收益，又降低了对机翼下洗的不利影响。

有的鸭式布局战机，鸭翼由于距离重心比较近，配平力矩不足，起飞式需要机翼后缘的升降副翼上偏提供抬头力矩，但会降低机翼升力。阵风就有这问题。中国歼-10在这方面则比阵风强很多。

人们后来的研究表明，鸭翼更大的收益在于涡升力。通过鸭翼，在机翼上面形成一系列的稳定的脱体涡。这些脱体涡就如同一个一个小旋风，加速了机翼上表面的气流速度，给机翼一个升力增量，这个升力增量远比前翼下洗气流导致的升力降低大多了。

这样一看，鸭式布局飞机，比传统的常规布局飞机优势是不少。

鸭式布局的一大优点在于提供涡升力。

不过，这是针对传统的常规布局飞机，但是使用了一系列新技术的后尾式布局飞机，其气动收益并不比鸭式小。

首先我们看看鸭式布局最大的收益，涡升力的问题。常规布局飞机可以通过机翼边条来实现涡升力。而在航空界公认的是，在一定范围内，同等面积的边条，产生的涡升力是要超过鸭翼的。因为边条的后掠角非常大，通常超过70度，相对厚度也更小，所以更容易产生脱体涡，脱体涡也更为稳定。我们在珠海航展上经常看到“枭龙”随便飞飞就能飞出两道“小胡子”，那就是稳定的脱体涡，但是歼-10的鸭翼却很难飞出用肉眼看出的明显的脱体涡，就是这个道理。

同等面积的边条，提供的涡升力增量更大。上两图为大面积的尖拱形边条很容易拉出脱体涡，下图为珠海上空的歼-10，鸭翼和主翼的脱体涡相对较弱。

歼-20使用了鸭式布局，但同时还使用了边条就是因为鸭翼的增升效果不够，才增加了边条。而且，歼-20原型机使用了涡升力更大的尖拱形边条。在生产型上则使用了升力特性稍差但是隐身性能较好（因为可以将雷达波向单一方向反射）的三角形边条。欧洲的“台风”也是如此，由于远距耦合鸭翼的涡升力不足，不得不增加了一个机身边条，后来的升级版还使用了小型的机翼边条。

从这张图能看出，在比较大的迎角下，边条形成的脱体涡更明显，而且此时鸭翼下偏，以保持纵向平衡。

这也同时说明，鸭式布局当然也能用边条，整个“中美合资，文体两开花”啥的。但是鸭式布局同时使用边条，双方形成的脱体涡旋转方向相同，相互之间会产生干扰，其结果是1+1<2。更大问题是隐身。鸭翼加大边条会让前向的RCS波峰更多，而隐身的惯用做法是尽量让RCS的波峰少一些，哪怕单个的波峰能量更大一点。