飞机的常见气动布局

飞机的常见气动布局
亲爱的同学们
大家好：
今天，我想和大家讲一讲，飞机的常见气动布局。

大家知道的都有哪些呢？
目前我们所知的可行的飞机的空气动力布局方式有：常规、鸭式、三翼面、变后掠、无尾、飞翼、前掠翼。

这些布局方式各有特色各有长短，我将为大家逐个讲解。

首先是常规，常规布局也就是主翼在前，水平尾翼在后，有一个或两个垂尾的气动布局方式。

使用这种气动布局设计的具有代表性的战斗机有，美国——洛克希德马丁公司：F22猛禽。

俄罗斯——苏霍伊设计局：苏27侧卫。

但其实，我们常见的客货机几乎全是这种设计的。

常规布局的优点是技术成熟，理论研究已经非常完善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡。

只是由于均衡所以也没有特别出色的地方。

然后是鸭式。

因为当初这种气动布局的飞机飞起来像鸭子，故此得名。

说到鸭式布局，我们就不得不说世界上第一架飞机——莱特兄弟的飞行者一号。

它所使用的布局其实就是鸭式布局。

鸭式布局也是主翼在后面，前面加个小机翼叫做鸭翼。

简单地来看，鸭式布局就是将常规布局中的水平位移移到了主翼前方，但鸭翼与平尾并不是一个概念。

虽然鸭
翼也承担着控制俯仰的责任，但除此之外，鸭翼还会产生涡流。

这些涡流吹过主翼会带来强大的增升效果，也就是说，鸭翼能提供额外的升力。

如此，鸭式布局的飞机的短距起降性能更强，因为它们在低速度状况下也能获得较高的升力。

鸭式布局的飞机在高速飞行中有着更高的稳定性，机动性也要比常规布局飞机更加出色。

有时鸭式布局飞机还会在机身的后下方增加两片叫做腹鳍的翼面，以增加大迎角情态下的飞行稳定性，这是因为在大迎角情态下，常规布局的飞机的垂尾还会接触到由主翼和平尾的间隙间吹过的气流，而鸭式布局的飞机的主翼往往会阻断流往垂尾的气流，如此垂尾便不能很好地控制飞机的水平方向稳定，而在机身下方增加的腹鳍则能解决这个问题。

这也是鸭式布局飞机的一个不同之处。

鸭式布局设计的代表战机有：中国成飞歼20，欧洲双风：阵风、台风。

而鸭式布局正是我国擅长，欧洲钟情的飞机气动布局方式。

这里补充一个鸭翼与平尾的不同之处：鸭翼与主翼的耦合一般是不允许二者处于同一平面的：鸭翼的位置要高于主翼。

如此鸭翼才会体现它的特性。

而常规布局的飞机的平尾和主翼是可以，或者说一般都是处在同一平面的。

可这样一来，我们知道，使用鸭式布局的我国歼20属于第四代隐身战机。

而鸭翼的这种耦合方式会对飞机的外形隐身带来很大的负面影响。

所以我们的歼20身上鸭翼与主翼的耦合方式变为了鸭翼上反和主翼下反。

这样做确实压抑了鸭
翼的性能体现，但却是保全隐身性的重要妥协。

那么这是鸭式布局飞机的一个小故事。

而三翼面布局呢，又像是鸭式布局的飞机又加了平尾。

但其实又是没这么简单。

像是俄罗斯的苏33海侧卫舰载战斗机，它也被认为属于三翼面布局设计。

但其实它的主翼前方的两个小翼是不可动的，只有产生涡流的作用，不能被算作鸭翼。

三翼面布局的设计，优势在于操纵效率高，配平阻力小，迎角特性佳。

缺点是，三翼面飞机在高速和小迎角时的阻力比正常布局大，以及稳定性变化的幅度较大。

那说到这种气动布局设计呢，不得不提的是美国的F15ACTIVE验证机。

它与前苏联苏47金雕同属三翼面飞机中的传奇。

不过F15ACTIVE更有讲头，美国的飞机设计界内流传着这样一句话：鸭翼安装的最佳位置是在敌军的飞机上。

但是他们使用了鸭翼，加装了三维矢量发动机的F15ACTIVE，展现出了变态的机动能力和优秀的短距起降性能。

这倒不是真正有趣的地方，真正有趣的是这款F15ACTIVE所使用的鸭翼，是把他的兄弟F18大黄蜂战斗机的平尾拆下来用了。

虽然霉菌在
F15ACTIVE上尝到了甜头，可是鸭翼依然不是他们的强项，而且在机动性上他们可以吃发动机的本，所以现在美军也没有多少鸭式布局的战斗机。

讲过了三翼面在给大家讲讲变后掠。

变后掠布局的飞机的特点就在于它们的主翼不是固死的。

通过液压系统的作
用，主翼能在一定的角度范围内进行活动。

这样的设计带来的好处是，飞机可以应不同的任务需要而选择更高的超音速性能或更好的低速飞行表现。

在后掠翼增大后掠角度时，机身就显现出角度更尖锐的外形，这样的外形有利于超音速飞行时对超音速激波的绕避。

而在后掠角减小时，机翼提供升力的横截面变大，相当于加长了机翼，如此飞机在低速飞行时的表现就更好。

变后掠翼布局的飞机中代表作有热辣性感的F14雄猫Tomcat，这个名字直译过来就是汤姆猫。

还有目前世界上最大的超音速轰炸机优雅美丽的图波列夫设计局
图160白天鹅。

而这种气动布局的缺点就在于它的维护难度，后掠翼所依赖的液压系统十分精密复杂且易损坏。

身为电影明星的大公猫可谓情怀战机，可它难维护的特性使得后勤人员不会对它多有好感。

无尾布局，无尾是指没有水平尾翼，主翼在后起到水平尾翼的作用，无尾布局高速飞行性能优异，是最适合高速飞行的气动布局，是最接近飞镖、导弹、火箭的气动布局，航天飞机采用的就是无尾布局。

阻力小，由于没有水平尾翼，无尾布局大大减少了空气阻力，在常规布局中，从主翼表面流过来的气流会在水平尾翼形成阻力，同时为了平衡主翼的升力，水平尾翼其实一直充当一个“向下压”的角色，这样会损失掉一部分升力，所以和常规布局相比没有水平尾翼的无尾布局的空气动力效率要高很多，更适合高速飞行。

结构
强度大无尾布局机翼承载重量更合理，和机身链接结构更稳固，这就简化了机身结构，再加上去掉了水平尾翼和相关的操控系统后，机身重量可以大大降低。

无尾布局的缺点是低速性能不好，这影响到飞机的低速机动性能和起降能力。

另外无尾布局因为只能依靠主翼控制飞行，所以稳定性也不理想。

无尾布局在欧洲应用最为普及，其代表为法国达索幻影系列。

众所周知曾名噪一时的超音速客机协和式，也属于这种设计。

飞翼布局，这是相当特殊的一种气动布局甚至不会有哪个气动布局比它特殊了。

没有平尾，没有垂尾，像鸭翼腹鳍这些东西更是没有。

看起来就只有机翼在那，没有机身，机身和机翼融为一体。

外形极——为简单，所以它好不好控制啊？不好控制。

没有足够的技术没有那样的人才去做飞控根本无法让这种最难稳定的气动布局的飞机好好在天上飞。

因为什么？因为它的操纵面少啊。

飞机在产生伊始就确定，要有主翼上的副翼，平尾或鸭翼，和垂尾各负责空间内一个轴上的旋转。

现在我平尾也没有垂尾也没有，就只能在一个主翼上下功夫想办法去做到由原本三种翼面分担的任务。

如此便需要复杂的飞行控制系统，高级的电子传感系统和发动机的推力。

不过呢，这种气动布局是空气动力效率最高的布局，因为所有机身结构都是机翼，都是用于产生升力，而且最大程度低降低了阻力。

空气阻力最小所以雷达波反射自然也是
最小，所以飞翼布局是隐身性能最好的气动布局。

目前世界上唯一一款隐身轰炸机——B2幽灵使用的就是飞翼布局设计。

除此之外我们还知道，B2是世界上单价最贵的飞机。

每一架的造价高达24亿美刀，比一艘尼米兹级航空母舰还要贵，比与它等重的黄金还要贵。

在战斗机领域，飞翼布局的代表作霍尔滕Ho229战斗轰炸机身上的一些技术放到今天都还很先进，飞翼飞机虽不多，但却也物稀为贵。

说到物稀为贵，前掠翼也是一样。

前掠翼飞机具有优异的机动性能和升力特性。

但是这种气动布局对机体结构强度要求很高。

目前世界上还没有技术能生产足够强度的材料用在翼身结合处。

所以虽然很早就开始了相关研究，但这种技术一直只停留在研发阶段，没有得到实际应用。

使用这种气动布局的机型也是少之又少，较有名的有前苏联S37金雕和美国X29技术验证机，而且好像也就这俩了。

以上就是我们所知的飞机的常见气动布局，各有特色，各有优缺。

讲到这里，相信大家对飞机的气动设计有了更深的了解，如果我的演讲能让您对这方面的知识产生兴趣，那便是最好不过。

我的演讲结束，谢谢大家。