聊聊艦載機氣動佈局的一些問題_風聞

其實這個話題已經聊過多次，最近看一些人討論LCA上艦，然後網絡上一些人開始討論鴨式佈局上艦的優勢和常規佈局上艦所謂的劣勢，發現很多討論中出現不少錯誤的看法，這裏就再説一下，因為發現不少討論有錯誤的概念，這裏簡單説一下：

1、各種氣動佈局都可以上艦，只是上艦時都有相關的特殊處理

   到目前為止，常規佈局（包含變後掠翼）、鴨式佈局、無尾三角翼佈局、飛翼佈局都上過艦，所以各種氣動佈局都可以上艦，這是毫無疑問的。但是，所有氣動佈局上艦時，都得對氣動參數做出調整，以滿足艦載機低速氣動要求，這才是關鍵。

2、鴨式佈局上艦：鴨翼偏轉配平、增升措施、擦地角等問題

   鴨式佈局增升配平，一些人認為增加鴨翼偏轉就可以，這顯然有問題。鴨式氣動佈局中，俯仰控制是由鴨翼和襟副翼共同完成，襟副翼偏轉角度加大後，必然造成鴨翼也要偏轉。一些人看到當前鴨式佈局飛機在起降時鴨翼偏轉看上去不大，就認為鴨翼可以增大偏轉角度，這是有問題的。鴨翼和機翼之間是有相互氣動影響，機翼對鴨翼造成上洗，這本身就增加了鴨翼的氣動迎角，使得鴨翼的真實迎角比目視看到的仰角要大，所以再增加迎角就可能讓鴨翼失速，並不像一些人想象的那樣可以增加很大偏轉角度。從艦載機着艦過程來看，需要保留一定的操縱餘量來進行着艦線路糾正，鴨翼、襟副翼都不會偏轉到最極限角度，那樣一旦着艦出問題，就無法修正了。

   這裏需要指出一個特殊的鴨式佈局艦載機即陣風，陣風的鴨翼是鴨式氣動佈局飛機中相對比例最小的，鴨翼後掠角比較大，這麼小的鴨翼和後掠角，使得其可用迎角更大，所以我們會看到陣風鴨翼迎角要比其它鴨式佈局的鴨翼在起降時偏轉角度要大。其它鴨式佈局飛機的鴨翼後掠角和麪積大小與陣風不同，無法像陣風的鴨翼那樣偏轉比較大迎角。

   對於鴨式佈局飛機來説，增升的最佳措施仍然是增大着艦迎角，尤其是強調鴨翼渦和機翼渦耦合的氣動佈局，因為需要一定的迎角去產生渦。這裏還需要説一下，渦增升並不是迎角越小就產生渦越好，因為渦產生的代價就是阻力。另外鴨翼畢竟相當於小的機翼，其展弦比是和邊條無法比的，邊條可以在更小迎角小產生渦，鴨翼更接近翼稍渦，需要的迎角更大。這幾方面因素綜合後，鴨式佈局應該選擇稍大一些迎角上艦更為合適。增大着艦迎角後就需要考慮擦地角，擦地角並不是只考慮在甲板停放時的擦地角度，而是需要考慮着艦衝擊下是否讓機尾和發動機噴管是否擦地，因為艦載機降落時的下沉速度很大，有的能達到7米/秒，這意味着會大幅度壓縮起落架，如果起落架緩衝行程不夠，那麼就有可能擦地。為了增加擦地角，只靠增加起落架長度是不可取的，因為起落架長度增加後，上下機和掛彈、維護都很麻煩，所以艦載機會選擇縮短機身長度，這樣飛機尾部和起落架距離縮短，也可以增加擦地角度。我們看陣風戰鬥機機身就比較短，美國NATF-23的鴨式佈局方案，機身也比較短，短機身有利於增加着艦迎角，這對鴨式佈局增升很有好處。

2、常規氣動佈局上艦：平尾負升力、增升

   常規佈局平尾負升力，這是非常古老的看法。一直以來有人説常規佈局平尾負升力，這已經是很老的黃曆了。從F-16開始，常規佈局在放寬靜穩定性後，平尾在平飛時就不再是負升力了，而是提供正升力，所謂放寬靜穩定性的氣動收益，其中就包括這個收益。

   對於常規佈局艦載機，增升措施通常是把襟翼面積做的比陸基飛機更大，這樣放下襟翼時升力更大，這樣會帶來更大的低頭力矩，可以通過飛控的放寬靜穩定性來讓平尾不去負升力配平，或者説平尾負升力不像靜穩定那樣產生更多負升力。常規佈局放下襟翼增升是增加了機翼彎度，所以機身的迎角就可以比較小，這有利於保證着艦下視線，擦地問題也相對好解決。

3、關於殲-20上艦：增升和多渦

  殲-20能不能上艦，不能説不能，但很難説很合適。殲-20是為了超音速巡航設計的一款機型，其低速性能是靠增加迎角來滿足的，但是這個低速性能是飛在空中的性能，並不是起降時候的小迎角情況。殲-20起降時的襟副翼放下角度不大，一些人或許認為襟翼還可以繼續增大角度來增升，個人估計恐怕不行，因為前面的鴨翼迎角再增大就可能失速：殲-20的機翼和邊條都會給鴨翼造成上洗，鴨翼當地迎角已經夠大了。

  一些人認為殲-20有多個渦來融合增升，的確殲-20有多個渦，但並不是渦越多越好，渦的分佈和數量要綜合考慮。早期殲-20的鴨翼前面有個小的邊條，後來取消了，就是因為那個地方的渦可能帶來了危害，我估計是那個渦衝擊大鴨翼根部讓鴨翼顫震，所以取消了該結果。其實，那個被一些人成為邊條的結構，我個人認為最初設計並不是讓其產生渦，而是讓該結構對鴨翼轉軸遮擋降低雷達發射，後來出現的渦可能是不需要的，所以就取消了。

  殲-20在鴨翼和機翼之間有比較大的邊條，一些人認為該邊條也能增升。的確該邊條能增升，但是在小迎角時能否增升需要分析。就鴨式佈局也有邊條來説，陣風也有小邊條、颱風戰鬥機也有邊條附件，由此可見邊條對於鴨式佈局也是有幫助的，不過邊條到底是為小迎角服務還是大迎角服務呢？我個人認為可能是為大迎角服務的。我們知道，鴨式佈局大迎角低頭時，是要靠鴨翼卸載來低頭，也就是鴨翼下偏，這樣會降低鴨翼渦，如果沒有邊條，那麼鴨翼渦從機翼上消失或降低，將有可能造成機翼失速，而如果此時有邊條繼續提供渦，則機翼不會失速，而鴨翼升力降低讓飛機可以低頭，這或許就是邊條的重要作用。邊條在鴨式佈局上為何不能在小迎角增升？這是因為小迎角時鴨翼對邊條產生下洗，造成邊條位置處的真實迎角減小，從而使得渦難以生成，只有當機身迎角足夠大或者鴨翼偏轉讓邊條的真實迎角滿足渦產生條件時，邊條才有渦增升。