气动测试架(战机的基础概念（三）——气动设计的常见误区)

Posted 2023-05-30

篇首语：今日长缨在手，何时缚住苍龙。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了气动测试架(战机的基础概念（三）——气动设计的常见误区)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

气动测试架(战机的基础概念（三）——气动设计的常见误区)

原创不易，请认可价值，本文为“今日头条英雄光”原创，转载请注明出处 2020-1-27

我们都知道对于飞机来说，气动布局是十分重要的，因为它很大程度上影响了飞机机动能力的优劣，所以如何进行气动设计对于这架飞机来说是非常非常重要的，这不仅局限于战斗机，气动设计对于运输机，轰炸机甚至普通的民用飞机都很重要。

不过战斗机通常要在更加严峻的环境下完成困难的任务，所以战斗机的气动设计的重要性会更加明显一些。

再加上战斗机一直是军用飞行器领域的明星机种，受到专业研究人，广大军迷的关注，所以战斗机气动设计的讨论一直以来都是各方面的焦点。

常规布局F-35B

（PS：本文限于作者的水平很可能存在错误，欢迎理性的指正批评。）

战机的气动布局大体上可以分为：常规布局，无尾布局和三翼面布局。常规布局就是我们最常见的主翼+平尾+垂尾的组合，这种布局也是最常见的战斗机气动布局，典型的战机有：F-15，F-16，苏-27，米格-29等等。

无尾布局指的就是没有水平尾翼的布局，这样的战斗机是没有平尾的，有的加上了鸭翼，比如鸭翼布局就是：鸭翼+主翼，最典型的战机有：J-20，阵风，台风，J-10等等。有的则干脆放弃了平尾直接采用主翼，比如：双三角翼布局和三角翼布局，双三角翼战机：saab等，三角翼战机：幻影-2000等。

鸭式布局J-20

著名的萨博龙氏就是典型的双三角翼战机

最后一种就是三翼面布局，三翼面布局就是在主翼+平尾的常规布局的基础上另外加一个可以活动的翼面，这些都是可以活动的气动装置，一般的边条翼是不算在内的。这样从水平角度上来看，飞机有三个能够控制的翼面。典型的战机有苏-30MKI，苏-33等。

当然上述战机虽然全部为后掠翼或者可变后掠翼，不过前掠翼也属于其中的一部分，比如苏-47“金雕”这里的前掠翼战斗机实际上是三翼面布局。

（PS：三翼面不包含边条翼，但是包含可动的边条翼，因为苏-47没有平尾但是存在可动边条，所以像苏-47这样的可动边条也算作是三翼面，这样的话苏-57其实也是三翼面，因为其前面有一个类似于鸭翼放置位置的可动边条，不过有意思的是并没有人称苏-57是三翼面布局的战机。）

苏-57的可动边条

在这样大体的区分之后，不同的飞机气动设计是不可能完全相同的，比如主翼的展弦比，后掠角，边条翼的长度，进气道的设计，重心和气动中心的位置等等。

这些是不可能完全相同的，因为不同的战机在不同的国家会承担不同的任务，不同的设计团队针对同一个要求也会提出不一样的想法。

（PS：不过气动设计有时候会用互通之处，比如B-2轰炸机和YF-23均采用了四波瓣隐形设计，这是因为两者均出自诺格，前后借鉴是完全正常的，不过两者虽然均采用同一种思路，但是主翼的翼型却有很大区别。）

YF-23的四波瓣隐形是主翼的前缘后缘对边平行

所以我们要清楚两点：1. 气动设计是根据使用用途确定的，因为对应军方提出的要求，飞机必须有相应的性能，气动设计就必须朝着这个方向；2. 气动设计会对飞机的性能造成很大的影响，但它不是唯一的影响因素。

诸如：“F-15的气动设计和米格-25很像，所以F-15的气动设计是二代机设计。”“鸭翼+远距鸭翼的超音速性能优于常规布局”等这样的话语其实都是不正确，这种思路本身就陷入了误区。

F-15与米格-25

F-15和米格-25看起来的确很像，气动设计的确很相似，但实际上两者侧重的性能完全不一样。F-15一开始是为了绝对空优打造的战机，自身的亚音速机动能力和跨音速机动能力是非常强的，但是米格-25就是纯粹的截击机，它的极速很高用于执行拦截敌机是非常合适的。

F-15

米格-25

（PS：两者看上去的确很像，尤其是顶视图，不过侧过来两者的区别还是很明显的，不过即使是顶视图米格-25的长细比依然要显著大于F-15。）

尽管两者的气动设计看起来相差不多，但是实际上相差还是很大的，两者的性能也相差甚远，米格-25的长细比要远大于F-15，这是专为减小激波阻力而设计的，而F-15压根就不会采用这么大的长细比，因为它需要很强的机动能力。F-15的前缘半径扭转也是精心设计的结果，这是为了提高亚音速和跨音速阶段的升阻比。

两者的平尾形状，进气道设置，主翼的位置等等都有差别，所以尽管两者看起来很像，但是它们二者侧重的方面是完全不同的。

米格-25侧面图

两者从各自在军中可能承担的任务和使用用途出发，得到了各自的气动设计，并且结果都很不错。F-15在F-22出现之前一直顶着美国空军“绝对空优”的荣誉称号，米格-25作为截击机也成功的守卫了苏联/俄罗斯的西伯利亚地区。没有必要通过F-15和米格-25长相相似去贬低F-15的气动设计。

F-22的超音速性能

F-22的气动设计是偏向于各方位兼顾的，优点是没有哪方面落后，这样设计的缺点就是没有哪个方面是特别突出的。

但是F-22凭借着动力系统的突出表现成功地将自身的超音速性能抬到了一个新的台阶，F-119不仅能够提供更大的推力，而且TVC也能够参与配平。这就极大地减小了F-22配平阻力，能够改善F-22的超音速升阻比，提高F-22超巡的能力和超音速机动能力。

F-22

我们知道战斗机想要超巡无非就是：1. 增大推力；2. 减小阻力。增大推力要使用尽可能小涵道比的发动机，这样超音速下减小的推力会小一些。阻力的话主要就是超音速配平阻力和激波阻力。

F-22的F-119作为小涵道比发动机，本身推力衰减就小，喷口又用了TVC的装置，不需要平尾去进行配平的话，这样无疑极大的提高F-22的超音速升阻比和极速。

一直以来我们谈起超音速布局第一时间总会想到：远距鸭翼+三角翼的鸭式布局。这种布局的确很擅长超音速，三角翼可以有效地减小激波阻力，远距鸭翼在配平上也比平尾更具备优势。

（PS：远距鸭翼距离重心更远，力臂更长，配平效率更高，在进行气动配平时只需要扭转更小的角度就可以了，配平阻力自然就会更小一些，像台风，XB-70都是典型的例子。）

XB-70女武神

但F-22在出色的动力系统的支持下，获得了和远距鸭翼+三角翼同样优异的超音速性能。

（PS：其实在《拨云见闪》一文中提到的是F-22采用TVC“有超过的趋势”）

苏-27的跨音速陷阱

超音速陷阱指的就是苏-27在跨音速阶段限制过载的实例，而苏-27为什么要限制过载呢？原因就是苏-27的材料强度和内部结构有一定的缺陷。

我先说一下超音速陷阱的原因：1. 我们都知道气动中心和重心的位置关系会导致飞机是静稳定的还是静不稳定的，随着飞机速度的增大，气动中心（以下称焦点）会后移，原先静不稳定的飞机会变成静稳定的，但飞机在跨音速区间大过载转弯时，此时的SEP＜0，那么动能会减小，飞机会迅速变成亚音速，焦点会迅速前移，此时会造成一个剧烈的抬头力矩。

此图来源于苏-27飞行手册，可以看见跨音速阶段的过载限制

2. 跨音速时，飞机处在特定的马赫数和攻角组合的情况下时，战机外翼段上表面会发生气流分离从而失去升力，这就意味着重心后面的升力突然减弱，就会形成一个强烈的抬头力矩。

两个抬头力矩加起来就是对飞机结构和材料强度的考验，经不住考验的飞机就只能通过限制过载的方法来度过难关了。

像苏-27就是这方面的典型例子，如果我没有搞错的话，这个跨音速陷阱被国内论坛称为软骨病。

第一个例子就是说明：气动设计根据使用用途出发，会有很明显的倾向性。随后的例子则可以说明：气动设计的确会对飞机的性能产生极大影响，但是并不是唯一的影响因素。

本文引用：

《拨云见“闪”----美国F-35A机动与近距空战能力》