战机“隐性”翅膀那些事儿

　　战机“隐性”翅膀那些事儿
　　——浅谈世界主流战机气动布局流行款式及发展趋势

　　2020年7月15日，国家知识产权局官方公布了第二十一届中国专利奖评审结果，中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所的“升力体边条翼鸭式布局飞机”外观设计专利荣获金奖。由此，升力体、边条翼、鸭式布局这些助飞战机的“隐性”翅膀，再次成为航空爱好者关注的热点。本期《兵器大观》特别邀请有关专家为您解读相关内容。

　　战机气动布局的“三大宝”

　　除少数垂直起降战机在起降阶段靠改变气流方向来产生升力外，大多数飞机都是靠运动过程中机翼产生升力来克服重力的。

　　机翼升力产生的原因比较复杂，相关理论也较多，很少有哪种理论能够完全解开升力产生的全部秘密。但有一点可以确定，飞机升力主要来源于机翼上下表面气流的速度差导致的气压差，升力的大小与气流运动的速度、空气的密度、机翼的面积和机翼角度有关。

　　当然，飞机飞行时也会遇到各种阻力，如摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力、干扰阻力和波阻力等。不断优化气动布局，其作用就是增加升力、推力和安全性，减少各种阻力。

　　气动布局是决定战斗机机动性的重要因素之一。升力体、边条翼、鸭式布局与机翼相比不够“显眼”，属于战机“隐性”的翅膀。从作用上讲，它们算得上是现役主流战机气动布局的“三大宝”，在世界各主流战机上发挥着重要作用。

　　升力体布局。相对于传统飞行器的机翼设计，升力体是一种完全不同的概念，它采用三维设计的翼身融合体来产生升力。这种设计可在较低速度下获得较大的升力。

　　自从1957年艾格尔斯和阿伦两位科学家偶然发现这种设计的优势后，美国和苏联就开始了相关研究。美国的航天运载飞行器“冒险星”的1/2比例原型机X-33、太空救生船原型机X-38均采用了升力体构型。

　　采用升力体设计的三代飞机有苏-27、米格-29等；四代机中有F-22、F-35、苏-57等，其中苏-57的升力体设计特征更加明显，机身宽大，升力更强，阻力更小。

　　边条翼布局。作为50年代中期出现的设计，边条翼是在常规后掠翼或三角翼布局基础上，在机翼前缘翼根部延伸出的一对贴近机身的狭长、尖前缘、大后掠细长翼片。通常边条翼都设计成与机身和主翼完全融合的形式，形成复合机翼，可改善战机的机动性、过失速特性，特别是能有效提升飞机升力。它通常分为机翼边条和机身边条。

　　鸭翼布局。又称前置翼或前翼。早在1903年，莱特兄弟的飞行器就使用了前翼配置。这种配置的特点是将水平稳定面放在主翼前面。

　　采用鸭翼的飞机布局称为鸭式布局，代表机型包括俄罗斯的部分苏-35、苏-34、苏-30MKI，欧洲的“台风”“阵风”和“鹰狮”战斗机等。

　　有的战斗机鸭翼不能操纵，有的则可操纵。鸭翼可操纵的如欧洲的“台风”“阵风”和“鹰狮”等，这类鸭翼除了可产生涡流升力外，还用于改善跨声速过程中安定性骤降的问题。降落时，可操纵鸭翼偏转角度，起到减速板的作用。

　　根据安装位置，鸭翼可分为上、中、下三种配置，综合考虑升力和失速迎角效果等因素，鸭翼布局的飞机常采用上鸭翼和中鸭翼。

　　组合不是简单问题，关乎创新与实力

　　不同的气动布局在不同的飞行状态下各有所长。作战需求不同，战机对气动布局“三大宝”的选择及组合方式也不同。

　　边条翼和升力体组合。对战斗机来说，采用边条翼能改善飞行性能，克服常规后掠翼、变后掠翼飞机在低速特性、波阻、飞行稳定性等方面的不足。采用升力体则可增加战机内部有效空间，降低飞行阻力，提高高速飞行能力。因此，F-22、F-35、苏-57、苏-27和米格-29等都采用了边条翼和升力体相结合的布局。

　　第一种成功采用边条翼并结合主动控制技术的是F-16战斗机，但将边条翼和升力体结合得较好的是F-22。它的边条翼从机头顶点延伸到翼根，与机身和进气道融为一体，共同形成一个升力体，在产生更大升力的同时，也增加了飞行稳定性。

　　鸭翼与边条翼组合。现代飞行器为提升升力系数，不少选择了鸭翼和边条翼共存的布局。比如，俄罗斯的部分苏-35、苏-34、苏-30MKI，欧洲的“台风”“阵风”和“鹰狮”等都是如此。