做“鸭”技术哪家强?

做“鸭”技术哪家强?

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2004年10月27日,瑞典萨博公司宣布,已与巴西政府签订合同,将为其空军研制生产36架“鹰狮”NG战斗机。从上个世纪八十年代开始,包括我国在内的很多国家在研制新一代战机时都不约而同的选择了鸭式布局。本期《出鞘》将结合各国军队不同的技战术思想分析这些“鸭子”的特点。
世界鸭式布局战斗机对比
 通俗说,鸭式布局就是把常规飞机的水平尾翼放到主翼之前。按此标准,“飞行者一号”采用的就是鸭式布局;而早在上世纪40年代,一些战斗机也曾如此设计,例如日本的“震电”,德国的Hs P.75等,但由于当时无法解决这种布局的飞控系统等问题,这些型号都没有发展下去。
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二战后,瑞典萨博公司的“雷”式战机气动外观也近似鸭式布局,但实际上由于其前翼并非全动的,只有后缘襟翼可动,因此也只能提供增升作用,无法起到真正鸭翼的复杂气动作用,严格意义上算不得鸭式飞机,也有人戏称“雷”是世界上第一款超音速双翼机。
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鸭式气动布局的复兴,和革命性的电传操纵系统在80年代技术成熟关系很大。和传统的机械操纵系统相比,以飞控计算机为核心的电传操纵系统响应速度更快、可靠性更高,非常适合在急剧变化的气流中第一时间对舵面运动作出调整,这对放宽静不稳定度的鸭式飞机来说无疑是福音。
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有了电传操纵系统的帮助,鸭式飞机遂成为这一时期以提高(大迎角)机动性为目标的新型战机的主流气动布局。“台风”起初由英法德意西“五国联军”研制,但正像这一时期其他联合项目的情况,由于各国需求存在矛盾,进度较为缓慢,法国更是中途退出决定自行研制“阵风”战机。
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1985年出现的“台风”概念验证机EAP(上),可以清楚地看到,其鸭翼使用近距耦合布局,机身较短。而随着EAP变成了EFA,又变成了EF2000,在改用远距耦合鸭式布局的同时(其实也不完全是),其机身长度也明显增加。由于距离较远,远距耦合在鸭翼增升作用上不如近距耦合布局。
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但远距耦合鸭式布局比常规布局的飞机有更小的配平阻力,从而提高了飞机的超音速机动性,这显然是出于冷战末期各国空军对超音速截击能力的需求,德国空军一直没有采购F-16而是留用F-4F直到“台风”到来也是因为这个原因,而英国空军在“狂风”ADV退役后对这一能力的需求也很高。
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 “台风”选取升力系数较低的远距耦合,和其采用了两台名为“中推”但性能堪称“大推”级别的EJ200发动机,其推重比位居几款“鸭”中之冠也有关。加上大面积三角翼带来的低翼载荷特点,“台风”很像是一款采用鸭式布局的缩小版F-15,因此适当降低升力系数保证截击性能很好理解。
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“台风”原型机1994年首飞,但由于冷战后欧洲普遍削减防务开支等因素,2003年德国和西班牙才获得首批量产型,而意大利和英国更是直到2005年和2007年才装备“台风”。与之相比,1998年首飞的歼-10在2004年首批量产型就已交付,2006年已经形成初始战斗力。可见不折腾才是真理啊。
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法国人之所以决定退出“台风”项目独立搞“阵风”,除了与其一贯独立自主的国防思想有关之外,作为欧洲唯一拥有常规起降中型航母的国家,法国对新型战机必须能不大改就上舰的要求也是一大重要原因。而“台风”方案后来越来越强调超音速截击作战,和法国人的要求很不对路。
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远距耦合虽然能减小鸭翼对主翼的干扰,但在升力系数等方面不如近距耦合,且会导致飞机尺寸相对较大(从EAP的娇小到EF2000的颀长就是例子),因此“阵风”选择了近距耦合布局,对上舰自然有利。而且也使得即使使用性能不如EJ200的M88发动机,“阵风”的格斗性能依旧不输“台风”。
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以小编的个人观感,“阵风”柔美曲线构筑的外形可谓紧凑而富有动感,“台风”脊背部分直挺挺的样子反倒有一种二代机高空高速时代的观感(双座型的卖相更是不大好看),这大概就是达索一贯的“好飞机一定漂亮”的设计理念和“什么飞机难看那么一定是英国人设计的”的体现吧。
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 “鹰狮”虽暂不上舰(但未来巴西“圣保罗”航母很可能选用),但是考虑瑞典几十年不变的对战机短距起降能力的要求,加上其本来就是轻型机,远距耦合布局无法实现,因此“鹰狮”在气动上有些类似“阵风”。但由于机体实在太小,导致鸭翼和主翼之间垂直距离过近,产生了问题。
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由于鸭翼的干扰较为严重,“鹰狮”在试飞时操纵性问题不断,起降时多次出现事故。最后还是请来飞控技术天下第一的美帝国主义帮忙,精心修改了飞控软件,让舵面能够精确的配合动作,这才有了如今的“小家碧玉”JAS-39,还能外销赚外汇,当初给美国佬交的学费还是很值的。
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总之,在轻型机上使用鸭式布局很不容易,这也是为什么在歼-10上已经积累了相当深厚的鸭式布局经验的成都所,在大小和JAS-39等量齐观的“枭龙”战机上仍然采用了更可靠的常规布局的一大原因。而且,采用常规布局也就不必非要使用电传操纵系统,有助于降低成本。
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近距耦合布局还有一个极端例子就是以色列的“狮”(LAVI)战机,长期以来,该机由于采用机腹进气道 鸭式气动布局一直被某些人称作歼-10的“爹”,实际上,两者在气动设计方面的差别非常明显。LAVI在近距耦合的设计上非常极端,从俯视图看去鸭翼和主翼有着很大的重叠部分。
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这种极端设计显然是想充分利用高涡流增升效果所致。这也难怪,由于预算不足,LAVI最终选择一台加力推力仅为9.3吨的PW1120型涡扇发动机作为动力。而该机的载荷指标又奇高无比,最大起飞重量高达18.4吨,载弹量达到7.3吨(比苏-27的6.5吨还要高),这使得LAVI注定要困难重重。
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 这是因为以色列对LAVI的要求很奇葩——所谓的单发轻型战斗轰炸机。为了保证低空突防性能和强大的外挂能力,LAVI还采用了后掠翼设计,后掠翼 近距耦合鸭翼布局基本宣布,LAVI在俯仰方向上的配平问题无解。就算后来美国人不阻挠,LAVI想在不调整气动的前提下获得成功也很难。
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所以把LAVI当做歼-10的原型是很愚蠢的——小编宁愿把歼-10看做一架鸭式布局增推版的幻影-2000。我军不要求歼-10带着7吨炸弹15米低空突防,也没逼着成都所只能用推力不到10吨的发动机,但该机必须具备全空域优秀空战机动性,也要有足够的截击能力——其实说起来也有点F-15的意思。
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因此歼-10在鸭式布局的选择上可谓介乎“两风”之间。为了降低阻力,主翼不能搞得像“台风”那么大,所以为了增加升力系数,歼-10不仅采用了近距耦合,其鸭翼面积也是几只“鸭”里最大的;但为了保证高速飞行的配平能力,其间距也并不像“阵风”那么近,这对飞控系统的要求很高。
世界鸭式布局战斗机对比
从歼-10在航展上屡屡秀出的起飞时大角度爬升来看,其气动布局和飞控系统的设计无疑是很成功的,而该机和苏-27的空战对抗中屡屡获胜的表现也说明其机动性能特别是敏捷性的优秀。新浪军事认为,歼-10在鸭式布局设计的水准上和“阵风”基本旗鼓相当,明显优于“狮”和“鹰狮”。
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在歼-10研发中积累了丰富经验的成都所在歼-20上更进一步,不仅首次尝试将鸭翼和主翼布置在几乎一个平面上,更是首创鸭翼和升力体布局的融合。从歼-20目前的气动设计上来看,它很好的兼顾了超音速巡航性能和大迎角机动性,未来完成矢量推力技术的整合之后,机动性更是不可限量。
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作为一群不遵常例的“叛逆者”,无论成功还是失败,这些“鸭”们都为人类对航空技术的探索做出了巨大贡献。而在这次浪潮中,中国不仅没有缺席,还在这一领域先后推出了两款成功产品,让世界见证了中国航空工业的实力。本期《出鞘》就到这里,明天《武器的秘密》与您再相约!

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