盤點美國的鴨翼戰機（上）_風聞

這兩天網上都在説鴨翼的迴旋鏢擊中了美國，嘲諷美國到六代機才裝上鴨翼實屬後知後覺，起了個大早趕了個晚集。萊特兄弟設計的第一架動力飛機就是鴨翼佈局，而當歐洲和中國在四、五代機上廣泛採用鴨翼技術時，美國卻堅持摒棄鴨翼，併產生了那句著名的“鴨翼的最佳位置是在別人的飛機上”。

金句出自F-16首席項目工程師、F-16之父哈里·希拉剋之口，其實只是在一個技術論壇上與英法飛機設計師探討“鴨翼安裝在什麼位置最好”時隨口一説的幽默調侃，其潛台詞是鴨翼技術的應用非常複雜且有風險，我們有更好的解決方案，所以讓別的飛機制造商去折騰吧。

> F-16 SCAMP Model 400模型，日後發展成為F-16XL，左一就是希拉剋

這句戲言並不代表美國航空工業不掌握鴨翼技術或者輕視鴨翼，實際上美國對鴨翼的研究開始得非常早也非常深入。甚至F-16在研發迭代的過程中也有過鴨翼方案。只不過因為發動機強得變態（即使現在説推力數據虛標，美國的軍用航空發動機技術仍然是世界最強的），力大飛磚，經過無數次迭代、取捨，四、五代機最終都選擇了更保守、飛控更簡單、研發風險更小、更符合美國空軍要求的傳統氣動佈局。

> 1971年8月提出的Model 772方案，從俯視圖看和殲-10頗為相似

順便説一句，F-16在1965年ADF項目啓動時的最初方案其實是一架可變後掠翼的縮小版F-111（同為通用動力的產品），後來嘗試過的無數方案中能看到F-104、F-15、F-35甚至蘇-27的影子。

寫這篇的目的並不是要給美國空軍開脱什麼，只是重温一下航空發展史上一些鮮為人知的篇章，瞭解戰機設計之不易，這些或成功或失敗的探索對全世界的航空設計師來説都是寶貴的財富。下面列出了11種美國製造測試過的鴨翼戰機，還有更多方案則停留在繪圖板上。

寇蒂斯XP-55

在螺旋槳時代，單發戰鬥機的機頭被螺旋槳和發動機佔據，發動機馬力越來越大，機頭整流罩的尺寸也隨之膨脹，飛行員前向視野受到遮擋。航空機槍或航炮要麼佈置在機翼上（帶來較大的散佈），要麼集中在機頭通過射擊協調器穿透螺旋槳槳盤射擊（基本上只能佈置1-2具）。

寇蒂斯在1943年首飛了XP-55鴨翼佈局戰鬥機，採用後置後掠翼加推進式螺旋槳的獨特佈局，座艙後面的大型冷卻進氣道兼做垂尾，機頭兩側的固定式鴨翼後緣裝有襟翼僅用於配平，猶如一架頭尾對調並去掉垂尾的P-40。

> 寇蒂斯P-40（上）和XP-55（下）

在視野良好的機頭內佈置了2挺M2機槍和2門20毫米機炮，火力可以和比它重2.6倍的雙發P-38大型戰鬥機媲美（4挺M2和1門20毫米機炮）。因為螺旋槳在尾部，如果飛行員棄機跳傘可能會被捲入其中，寇蒂斯公司專門在駕駛艙內安裝了一根螺旋槳拋棄杆，跳傘前先拉桿拋掉螺旋槳，和卡-50/52的彈射程序類似。由於採用前三點佈局，為了增加後置螺旋槳的離地間隙，起落架支柱必須加大長度，顯得相當脆弱。

> 唯一配備武器的3號原型機，但安裝的是4挺機槍

試飛證明它的飛行性能遜於常規佈局戰鬥機，尤其是飛行穩定性差。當時噴氣式的貝爾P-57已經試飛了2年，空戰進入噴氣時代是大勢所趨，而在噴氣機上XP-55力圖解決的問題都已經不復存在，因此XP-55計劃被終止，僅造了3架原型機。

二戰中意大利和日本也研製過佈局相似的SS.4與J7W1震電，它們都具有前衞的外形，結局也一樣，僅進行過試飛沒有投產。

> SS.4，配備2門20毫米機炮和1門30毫米機炮的重火力

> J7W1震電更是配備了4門30毫米機炮，專門用於攔截B-29

北美航空XB-70

美國航空業對鴨翼的下一次嘗試來自著名的XB-70“女武神”轟炸機。上世紀50年代末60年代初正是世界航空工業百家爭鳴、羣星璀璨的黃金年代，美國、蘇聯和歐洲在冷戰軍備競賽的壓力下推出了大量劃時代的新機型，很多方案腦洞大開，甚至可以稱之為瘋狂。

當時美國對蘇聯的核威懾主要由戰略轟炸機完成，所掛載的核武器還沒小型化重達數噸。現役的B-52航程和載彈量巨大但飛行速度較慢；B-58能達到2倍音速，不過飛行控制困難，故障率高（事故損失佔總產量的22.4%），載彈量小，航程短，採購和使用成本極其昂貴。

> 1958年B-36退役飛行中的B-58（左）和B-52（右下）

美國戰略空軍司令部在1955年提出研製一型兼具B-52和B-58優點的新型戰略轟炸機，同時考慮了核動力和常規動力方案，後者要求巡航速度0.9馬赫，最大速度1.53馬赫，作戰半徑7400公里，載彈量23噸。共有6家承包商競標，波音和北美航空獲得了第一階段開發合同（另外4家是康維爾、道格拉斯、洛克希德和馬丁 - 當時還未合併）。

兩家方案的起飛重量都為340噸級，帶有尺寸和B-47機身相當的巨大翼尖油箱，在向目標發起最後衝刺前將副油箱連同外翼段一起拋掉，縮小後的梯形主翼更適合超音速飛行。

> 左側是北美航空的最初方案NA-239，外翼段前掠，三角形的整體鴨翼形如魷魚的尾部；右側是波音方案之一Model 724-13，為單垂尾，發動機位於內翼段吊艙內。下面兩張圖是拋掉副油箱和外翼段後的形態。

> 波音最嚇人的一個方案Model 725-87在翼下掛載了6台發動機和4具副油箱，而且最外側一台發動機直接掛在了副油箱上將被一同拋掉

戰略空軍司令部司令李梅上將對這兩個方案都不屑一顧，認為太大、太複雜，不適合實戰，他説“這不是一架飛機，而是一個三機編隊。”空軍在1956年10月將兩個方案打回繼續改進。

當時空氣動力學正在飛速發展，大後掠角無尾三角翼已經取代梯形翼成為首選佈局，針對高速優化的先進發動機也支持全程3馬赫超音速巡航。波音和北美航空都推出了全新設計，機身拉得非常長以增加載油量，採用面積巨大的三角主翼，並通過鴨翼配平，安裝6台發動機可實現3馬赫巡航。

兩者的不同之處主要還是發動機的安裝方式，波音的6台發動機採用獨立吊艙分別掛在翼下外側，超音速飛行時鴨翼外段上翻成垂直狀態以增加穩定性，尺寸巨大的垂尾具有米格機的風格。

> 波音Model 804-4方案

北美航空則採用了劃時代的乘波體設計，前機身從主翼上表面向前隆起伸出，猶如脖頸修長的白天鵝。鴨翼翼展達到8.8米，後半部為全翼展襟翼，用於配平並提供一定的升力，起降時幫助抬頭。

楔形機腹的形狀和位置經過精確設計，令尖鋭且下探的機頭產生的激波在恰當的部位形成一個氣墊，像衝浪板一樣將整架飛機托起。6台發動機集中佈置在機腹短艙內，中間由擋板隔開，每側3台發動機共用一半進氣道。

後掠角65.5度的三角主翼翼尖部分在高速飛行時可向下翻折，單側翻折部分的翼面積就和B-58的主翼面積相當。翼尖下垂時既作為垂直安定面提高方向穩定性，又可以將激波約束在翼下增加壓縮升力。這個設計還有一個額外的好處，就是減小了機翼面積，降低了升力，從而抵消了超音速飛行時升力中心後移的趨勢，無需通過控制面抑制機頭的低頭力矩，減小了配平阻力。這是世界上第一架有人駕駛乘波體飛行器，當它以3馬赫飛行時有35%的升力來自乘波體機身。

1957年12月北美航空中標，轟炸機被授予B-70的編號，計劃製造65架，其實驗原型機為XB-70。隨後空軍從2萬多個徵名方案中選擇了"女武神”作為官方綽號，也音譯為“瓦爾基里”。當時北美航空正並行研發F-108三倍音速截擊機，為降低成本，F-108將和B-70共用J93-GE-3渦噴發動機、能夠在2萬米3馬赫條件下彈射的全封閉彈射座椅和一些子系統。

三馬赫的高速已經進入熱障區間，機翼前緣温度將達到330度，發動機艙為540度。為了抵禦高温，北美航母採用薄片不鏽鋼制蜂窩結構蒙皮，只在機頭和鴨翼前緣等少數高温部位採用鈦合金，機體內部由循環流動的燃油散熱，這樣的熱管理技術也運用在SR-71和F-35上。

B-70雖然極為先進卻生不逢時，當它開始正式設計時蘇聯已經開發出第一代地空導彈系統，令高空高速突防變得極為危險。而B-70的構架式結構機體和相對厚度非常小的機翼無法滿足低空突防的要求（如日後B-1A到B-1B的轉變），陷入了還未出生就過於脆弱的境地。

這一時期洲際彈道導彈和戰略核潛艇已經嶄露頭角，核打擊任務的重心開始從空基移向陸基和海基。美國空軍幾經權衡決定放棄B-70計劃，在1959年宣佈將XB-70轉變成RS-70戰略偵察機。不過此時空軍和中情局已經委託洛克希德臭鼬工廠秘密研發雙三指標的A-12偵察機，也就是SR-71黑鳥的單座版前身。RS-70飛行性能不及體積又過大，經過評估沒被採用。

> 1964年在愛德華茲空軍基地進行測試的XB-70和YF-12A，一黑一白。XB-70的通體白漆在3馬赫飛行後會因為熱脹冷縮大面積剝落，每10次高速飛行就得重漆一遍。

1960年5月1日鮑爾斯駕駛的U-2被蘇聯薩姆-2地空導彈擊落，徹底宣告B-70計劃不可行。當時B-70項目已經花費了8億美元（同期“小鷹”號超級航母的造價才2.64億美元，世界第一艘核動力航母“企業”號也不過4.5億美元），肯尼迪總統在1961年宣佈取消項目，僅製造2架用於科研用途。

XB-70A一號機於1964年9月21日首飛，隨後的試飛中故障叢生，蜂窩結構過於脆弱、到處泄露、進氣道隔板和左翼在高速飛行中被撕裂等等不一而足。二號機修改了機翼結構解決了這些問題，並於1966年5月19日以3馬赫持續飛行32分鐘，全程3900公里僅耗時91分鐘，成功驗證了最初高空3馬赫巡航的指標。

不過當年6月8日，二號機在一次空中拍攝任務中與伴飛的F-104N相撞墜毀。剩下的一號機執行了33次NASA的研究飛行任務，為大型高速飛行器設計提供了大量珍貴數據。

蘇聯的核打擊能力發展道路和美國相似，也在1963年提出設計3馬赫轟炸機。蘇霍伊於1972年首飛的T-4轟炸機採用了和XB-70非常接近的總體佈局，其機頭可以像協和式那樣在起降階段下垂以提供更大視野，平飛時機頭抬起通過潛望鏡觀察。T-4的尺寸和噸位小於XB-70，試飛中只達到1.3馬赫的最高速度，項目於1974年被取消。

比T-4早6年首飛的圖-144超音速客機在機頭也安裝了一對伸縮式鴨翼，起降時展開增加升力，協助飛機抬頭。

麥道YF-4E

1963年瑞典薩博公司申請了近距耦合鴨翼的設計專利，並研製了薩博37“雷”式戰鬥機，1967年首飛。這是世界上第一型量產的現代鴨翼飛機，也是第一型採用集成電路機

載數字式中央計算機的飛機。它的鴨翼主要是利用鴨翼渦和主翼的近距耦合作用提高升力，以滿足500米跑道短距起飛的苛刻要求，同時還可以降低飛機對低空高速湍流的敏感度。

“雷”式的成功激勵了飛機設計師更加深入地研究鴨翼的氣動特性，除了增升更能改善機動性和飛行品質。之後幻影III、幻影4000、幼師、蘇-33、颱風、陣風等眾多戰鬥機都採用了鴨翼佈局。不過早期的固定式鴨翼會在鴨翼和主翼之間產生複雜的氣動干擾，破壞穩定性，容易造成失速，限制了鴨翼在高性能戰鬥機中的應用。直到80年代電傳操縱系統成熟後由中央計算機自動控制全動鴨翼，才把這種複雜的氣流相互作用轉化為機動性優勢。

美國航空界也沒有忽視這股潮流，很早就開始戰鬥機應用鴨翼的相關研究。上面這架樣子奇特的F-4是總產量5195架的龐大“鬼怪”家族中非常特殊的一架，它是1962年訂購的YRF-4C偵察型首架原型機（序列號62-12200），1963年8月8日首飛，作為RF-4C的空氣動力學試驗枱。1967年它被改裝為F-4E戰鬥轟炸型的空氣動力學原型機，型號改為YF-4E，先後測試了鈹制方向舵（比標準鋁製方向舵輕34.6%）、固定式前緣縫翼（敏捷鷹 IV計劃）和開槽式水平尾翼。

1972年，該機成為SFCS生存力飛控系統項目的測試平台，安裝了3軸模擬電傳操縱系統。當年4月29日首飛，成為航空史上第一架實機安裝模擬電傳操縱系統升空的戰鬥機。26天后NASA改裝的一架F-8C進行了世界上首次數字電傳操縱飛行。完成27次試飛後12200號機拆除了機械備份系統成為純粹的電傳操縱飛機，在後續試飛中又成為第一架達到2馬赫的電傳操縱飛機。

1973年完成電傳飛控測試後，該機再次被選中參加PACT精確飛行控制技術計劃下的CCV隨動控制技術驗證項目，在進氣道兩側安裝了全動鴨翼，其驅動機構來自F-15，鴨翼旋轉機構可上偏20度，下偏30度，但實際偏轉角被電子系統限制在+/-10度。1974年7月5日開始共進行了25次不同配置的試飛，完成所有測試任務後於當年8月退役封存。

1979年初它由一架CH-54B直升機從聖路易斯吊運至代頓，收藏於美國空軍博物館。至今在垂尾頂部仍可以看到“Fly by wire”字樣，以紀念這位電傳操縱尖兵。

羅克韋爾XFV-12研製過B-25、P-51、F-86、F-100、X-15、A-5、XB-70等眾多名機和阿波羅指揮艙/服務艙的北美航空已經在1967年和羅克韋爾合併成為北美羅克韋爾公司，1973年更名為羅克韋爾國際，它的著名產品包括B-1、OV-10和航天飛機。最終羅克韋爾經過多次拆分其飛機分部被波音收購，所以目前B-1B機隊的維護和升級是由波音完成的，但波音似乎並不上心而更偏愛親生的B-52。

這架足以直接拿去拍科幻片的戰鬥機是羅克韋爾為美國海軍研製的超音速垂直/短距起降艦載戰鬥機原型機。

1970年上任的海軍作戰部長朱姆沃爾特上將提出了SCS海上控制艦概念，SCS滿載排水量只有1.4萬噸，類似於二戰時期的護航航母，和正規超級航母形成高低搭配，部署在世界各地用於護航、反潛和攔截蘇聯遠程轟炸機及偵察機。

當時美國的現役艦載機都過於龐大無法在SCS上操作，只有陸戰隊即將服役的AV-8A可以，而且在1972年到1974年間在“關島”號兩棲攻擊艦上成功驗證過。不過AV-8A本質上是一種輕型晝間亞音速攻擊機，除了可以垂直起降，航程、飛行性能、航電設備和武器數量都極其有限，無法滿足海軍對海上截擊的要求。為此美國海軍在1972年招標研製新型超音速垂直起降艦載機，要求能夠攜帶麻雀導彈和相應的雷達系統，具備超視距交戰能力，最高速度2馬赫，這個飛行性能指標即使是30年後的F-35B也未能達到。

羅克韋爾的XFV-12方案中標，它的氣動佈局和垂直起降方式非常前衞而激進，採用罕見的低置鴨翼，面積達到主翼的50%，主翼非常靠後，實質上形成串列式機翼佈局。

在垂直起降狀態時將尾噴口完全封閉，座艙蓋後面的進氣口百葉窗打開增加進氣量並降温。發動機排氣通過大型管道輸送到鴨翼和主翼根部，翼面中間部分和翼面前後緣可隨着輸氣管轉軸整體偏轉到垂直狀態，燃氣從三者底部的口琴狀噴縫向下噴出。高速噴流產生的強烈引射作用將吸取翼面上方的空氣，流經兩者豎起後形成的狹長縫隙向下噴射，引射環境空氣和發動機噴氣的流量比例高達7:1。

這種設計被稱為TAW推力增強翼，和鷂式、雅克-38相比它的垂直噴流不再是幾個點，而是全翼展範圍的4個面，推力分佈更均勻。而鴨翼也和機動性沒關係，是一個純粹的增升裝置。

> 複雜的鴨翼噴氣機構特寫

鴨翼和主翼外側都有小翼用於約束氣流，主翼的小翼兼作垂尾和主起落架艙。

羅克韋爾為該機配備了一台推力強大的F401-PW-400渦扇發動機，加力推力達到12.7噸，最大速度2馬赫。它是F-15上使用的F100發動機的海軍放大版，為F-14B配套開發，如果XFV-12得以服役，倒是可以共享發動機。

因為整個機翼底部都被灼熱的噴流籠罩無法佈置掛架，該機只能在機腹掛載2枚麻雀和2枚響尾蛇，或者4枚麻雀。改變設計的2號機在鴨翼尖端的小翼外增加了響尾蛇發射導軌。

為了降低成本和低端的SCS概念相匹配，XFV-12直接採用了A-4攻擊機的機頭（兩架原型機不同）、座艙蓋和主起落架，進口道、油箱和部分翼盒則來自F-4，所以前機身看上去有點像頭小身大的縫合怪。

1977年夏天開始為期6個月的繫留懸停測試，結果表明它無法在現有推力下實現垂直起飛，因為複雜的管道系統消耗了太多排氣功率，垂直推力只達到設計要求的75%，在試飛中僅離地了一次。再加上成本超支，XFV-12項目被取消，海上控制艦也被海軍放棄，唯一的成果是西班牙海軍以它為藍本建造了“阿斯圖里亞斯親王”號輕型航母。

> 地面繫留試驗中的XFV-12

有意思的是XFV-12競標擊敗的康維爾公司方案也採用鴨翼佈局，它的JTF22A-30A旋轉尾噴管設計已經具有F-35B尾噴管的雛形（從雅克設計局引進的技術資料中最有用的還是多年積累下來的測試數據，這個尾噴管本身美國研發的時間更早）。

> 康維爾Model 200方案設想圖，該機只製作了縮比風洞模型和一個帶有完整駕駛艙佈局的等比前機身模型

甚至有傳言海軍之所以選擇XFV-12就是因為它飛不起來，這樣可以如後來發生的那樣連累直至取消被超級航母派厭惡的海上控制艦。而笑到最後的卻是參加這次競標的第三個競爭者麥道，雖然他們當時提出的AV-16方案也輸了，但是最終陸戰隊為兩棲攻擊艦選擇了升級版的AV-8B。

 羅克韋爾HiMat

上世紀70年代經歷了越戰洗禮之後，戰鬥機設計的焦點是提高機動性。美國空軍飛行動力學實驗室通過多個CCV隨動控制技術項目開發了電傳操縱系統，強度和金屬復材相當但更輕便的石墨環氧樹脂複合材料也日漸成熟，這兩者相結合設計出的新型飛機機動性將超出已知的飛行員人體極限。為了測試新技術所能達到的包線範圍，空軍和NASA提出製造一型具備8G以上持續轉彎能力的超音速無人飛行器，用於開發未來戰鬥機所需的氣動佈局。

格魯曼、道格拉斯和羅克韋爾參與競標，1975年8月羅克韋爾中標，按照44%的縮小比例製造2架HiMAT高機動性飛機技術遙控驗證機，機長6.86米，翼展4.75米，空重1.53噸。該機安裝一台GE J85-21渦噴發動機，用數字控制系統替代了標準的液壓機械發動機控制系統，在模型階段曾測試過二元矢量噴管，但並未實際製造裝機。

> 早期模型上的二元矢量噴管

為降低複雜性和重量，取消了起落架，由NASA著名的NB-52B母機攜帶升空投放，空中飛行由地面站遙控，備份遙控系統搭載在伴飛的TF-104G教練機上，萬一失去地面遙控將由F-104接管控制，依靠伸縮式滑橇着陸。 

> 通過特殊設計的適配器掛載在NB-52B翼下的HiMAT，這具掛架曾用於發射X-15和其它升力體驗證機

HiMAT採用大型近距耦合鴨翼、全數字飛-推一體化控制系統、複合材料機體、三維合成視覺遙控系統、翼梢小翼等先進技術，安裝了和F-16類似的機腹皮托管進氣道，兩個垂尾佈置在間距非常寬的尾撐上，但是沒有采用任何隱身手段。它的鴨翼是固定式的，後緣安裝了襟翼。

HiMAT重點測試了FTMAP飛行測試機自動駕駛儀系統，可進行恆定馬赫數轉彎、推力限制轉彎等預編程機動，在試飛中實現了8千米高度0.9馬赫下維持8G的跨音速機動和1.2萬米高度1.4馬赫持續3.5分鐘的3G轉彎。

該機的模塊化設計可以通過更換部件組成不同的氣動構型供研究測試，在通用前機身核心部分的基礎上可替換二元矢量噴管、可變仰角機翼（類似北六代的可動翼尖，但整個機翼都能動）、取消尾撐的箭型三角翼以及前掠翼。

1978年3月HiMAT下線，次年7月首飛，研究飛行持續到1982年，2架飛機分別飛行了14次（共11小時35分鐘）和12次（10小時57分鐘），每次平均飛行時間約30分鐘。

HiMAT的系統複雜程度超出預期，試飛中需要2人在NB-52B母機上控制投放、1人在地面站遙控，2人在TF-104G上伴飛，還需要另外一架單座伴飛機，引出了“操縱一架無人機到底需要多少名飛行員”的笑話。不過它的成就也令人印象深刻，在接近超音速時能夠持續8G轉彎，空氣動力學性能和超音速續航能力都超出預期目標。其驗證的電傳操縱技術、先進複合材料設計製造技術均應用在包括X-29、F-22在內的後續項目中。

> 70年代末羅克韋爾基於HiMAT概念設計的單座戰鬥機，採用了扁平的二元矢量噴管

> 羅克韋爾在1982年推出的“概念5”先進戰術戰鬥機方案可以看作是美國版的颱風戰鬥機