战斗机气动布局设计
飞机的气动布局和机翼几何参数
与机翼的几何参数往飞行是从模仿鸟类飞行开始的。
但是由于鸟类飞行机理的复杂性，至今未能对扑翼机模仿成功。
促使人们遨游天空的，也许是受中国风筝的启发，在航空之父凯利的科学理论指导下，将动力和升力面分开考虑，而发明了固定翼飞机。
二十世纪人类史最伟大的科学成就。
是人类最快捷、舒适、高效、安全的交通运输工具，在国家安全、社会和国民经济的发展中占有极其重要的地位。
史之乱蒙冤沦为囚犯，被流放到白帝城后，朝廷大赦天下，他立刻返舟东下，重出三峡，欣喜的心情无法言表：帝彩云间，千里江陵一日还。
两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。
白乘飞机，不知如何写佳作。
是否同意写成如下：帝彩云间，千里江陵一时还。
两耳风声鸣不住，轻机已过万重山。
飞翔，必须做到：的气动外形的结构的动力定的速度的操纵机构系统同，飞机在空中能够飞行是依靠与空气的相对运动，而产生作用在飞机上的力和力矩来实现的。
如对于水平等速直线飞行而言，从飞机受力条件，有L V￥（升力与重力平衡）D//V￥（推力与阻力平衡）(俯仰力矩保持守恒）必须具备的条件：飞机在空中飞行是靠作用于飞机上的空气动力）。
此外，喷气发动机的氧气也是取源于空气。
一定的飞行速度（飞机和空气之间要有一定的相对运动，产生空气动力）。
的气动外形、受力大小和飞行姿态。
保持和改变飞行状态的能力。
布局型的飞机、不同的速度、不同的飞行任务，飞机的气动布局是不同的。
机的气动布局？飞机主要部件的尺寸、形状、数量、及其相互位置。
件有：推进系统、机翼、机身、尾翼（平尾、立尾）、起落架等。
连接的相互位置分为：有无上反角分为：分为：的相对纵向位置分为：花八门、多种多样，有平直的，有三角的，有后掠的，也有前掠的等等。
然而，不论采用什么样的形状，设计者都必须使飞机具有良好的气动外形，并且使良好的气动外形，是指升力大、阻力小、稳定操纵性好。
美国战术运输机C-130上单翼、平直机翼、4发翼下吊布置、正常式布局F-22猛禽—当今世界最先进的第四代战斗机中单翼、双发、梯形翼、双立尾正常式喷火战斗机—英国第二次世界大战名机下单翼、椭圆形机翼、正常式布局B-52远程战略轰炸机（同温层堡垒）上单翼、4发翼下吊、后掠翼、正常式布局协和号超声速客机（Ma=2.04）双发三角形机翼布局A380客机远程宽身运输机下单翼、四发翼下吊、后掠翼、正常式布局S37前掠翼战斗机（三翼面布局）数采用上单翼（便于装货）--下单翼布局、后掠翼、正常式布局运行经济，座舱噪声低，视野宽）部放置货物）数采用中或下单翼，三角翼、大后掠翼正常或鸭式布局力小、机动灵活、失速迎角大），沿机翼对称面翼型弦线，向后为正；，机翼对称面内，与x轴正交，向上为正；，与x、y轴构成右手坐标系，向左为正。
飞机气动布局简介.
飞机气动布局简介想必很多人对飞机很感兴趣，因为飞机大多是很漂亮的，流线型的机身，舒展的机翼，实现了人类在蓝天翱翔的梦想。
其实飞机外型的美观虽然是人类主动的设计创作，而实质却是受制于空气阻力的被动结果，从某种意义上讲，这种符合人类审美标准的流畅线条其实是空气动力原理的杰作。
大千世界千变万化，飞机也是形态各异，大的、小的、胖的、瘦的，四个翅膀的、两个翅膀的甚至还有一个翅膀的，打个比方，飞机的式样就像宠物狗一样，当真是品种丰富，血统复杂。
俗话说外行看热闹，内行看门道，既然飞机的外观是空气动力原理决定的，那么这么多种飞机的形状在飞机设计中就有个称谓，叫做空气动力布局。
下面我们就逐一介绍一下各种气动布局，当了解到气动布局这个概念后再回过头来看这些飞机，就会发现自己不会再看花眼了，其实全世界的飞机品种再多，也无非就以下这几种气动布局而已。
各种空气动力布局的主要差别就在于机翼位置上的差别，首先介绍一个最常见的布局——常规布局。
这种布局的特点是有主机翼和水平尾翼，大的主机翼在前，小机翼也就是水平尾翼在后，有一个或者两个垂直尾翼。
世界上绝大多数飞机属于这种气动布局，特别是客运、货运大型飞机，几乎全是这种布局，例如波音系列、欧洲的空中客车系列，我国的运七、运八、ARJ21，美国的C130等。
我国的军用飞机中除了歼10猛龙战斗机以外，都是常规气动布局。
常规布局最大的优点是技术成熟，这是航空发展史上最早广泛使用的布局，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，所以目前无论是民用飞机还是军用飞机绝大多数使用这种气动布局。
常规气动布局机型——我国的ARJ21祥凤支线客机常规气动布局机型——我国的FC-1枭龙歼击机常规气动布局机型——我国的歼11B歼击机常规布局中还有一个另类——变后掠翼布局，就是主翼的后掠角度可以改变，高速飞行可以加大后掠角，相当于飞鸟收起翅膀，低速飞行时减小后掠角，展开翅膀。
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。
飞行器设计新技术
飞行器设计新技术军用飞机发展很快，从20世纪50年代的第一代超音速战斗机起，到目前已经发展到第四代超音速战斗机，第三第四代战机采用了一系列新技术，下面就不同的方面浅谈一下飞行器设计中的新技术一、气动布局技术（一）近距耦合鸭式布局没有水平尾翼，但在机翼（亦称主翼）前面装有水平小翼的飞机称为鸭式布局飞机。
机翼前面水平小翼称为前翼或鸭翼。
鸭式布局有以下优点：1．前翼不受流过机翼的气流的影响，前翼操纵效率高。
2．飞机以大迎角飞行时，正常式飞机平尾的升力为负升力（向下），这样就减少了飞机的总升力（有人称它为挑式飞机，即机翼升力不仅要平衡飞机的重量，而且还要克服平尾的负升力），从而不利于飞机的起飞着陆和大迎角时的机动性能。
而鸭式飞机与此相反，前翼在大迎角飞行时提供的是正升力，从而使飞机总升力增大（有人称它为抬式飞机，即前翼与机翼共同平衡飞机重量），这样就有利于减小飞机起飞着陆速度，改善起飞着陆性能，同时也可以提高大迎角时的机动性能。
3．鸭式飞机配平阻力小，因而续航能力好。
鸭式飞机虽有上述优点，但是由于还存在不少问题有待解决，使鸭式飞机的主要优点（即鸭翼与机翼都产生正升力）的发挥受到很大的影响，因此在很长一段时间内，鸭式布局使用不广泛。
针对这一问题，航空界进行了一系列的研究工作。
所谓近距耦合鸭式布局飞机，就是这方面研究的成果。
近距耦合鸭式布局飞机（简称近距耦合鸭式飞机）是指前翼与机翼距离很近的一种鸭式飞机，这种飞机往往采用小展弦比大后掠的前翼，此时前翼形成的脱体涡流经主翼表面，使主翼升力提高，而前翼也将受到主翼上洗气流的影响而增加升力。
同时，主翼表面的低压抽气作用，又提高了前翼涡流的稳定性。
因此，前翼与主翼近距耦合的结果，既增加了飞机的升力，也推迟了飞机的失速。
近距耦合鸭式布局的研究成功，使鸭式布局在战斗机上重新流行。
（二）边条机翼边条机翼是一种组合机翼，它是由中等后掠角和中等展弦比的基本机翼和位于翼根前部的大后掠角、小展弦比尖前缘的边条组成。
几种四代机J20,F22,T50的气动比较
⼏种四代机J20,F22,T50的⽓动⽐较⼏种四代战机⽓动特性分析1.前⾔飞机作为⼀种重要的战争⼯具⾃1911年的意⼟战争开始已经有⼀百多年的历史了，杜⿊“制空权”的产⽣更是把飞机在战争中的作⽤推向了更⾼点。
⾃喷⽓式飞机诞⽣以来，国际上现在习惯把飞机划分为四代，第四代战机也就是最新⼀代战机的研制更是各国竞争的热点。
⽬前世界上存在和研发中的四代战机有：美国已经服役的F22，以及将要服役的F35；中国成功试飞的J20与J31；俄罗斯与印度共同研发的T50；同时还有⽇本研发中的“⼼神”。
本⽂就美、中、俄三国存在并⽐较成熟的四代机F22、J20、T50根据⽹上图⽚和部分已有资料，在⽓动设计上做了⼀些初步分析并⽐较了他们各⾃的优缺点。
2.飞机的⼀些具体参数注：1. 以上参数为⽹上给出仅作参考，甚⾄T50与J20还处于验证阶段，其参数为⼀些航空爱好者估算⽽出。
2. ——表⽰参数未给出。
飞机型号 F22 J20 T50 乘员 1 1 1 机长（m ）（不含空速管）18.92 21.26 22.0 翼展（m ） 13.56 12.88 14.20 机⾼（m ） 5.08 4.45 6.05 机翼⾯积（m^2） 78.04 —— 78.8 空重（kg ）17000 14365 17500 正常起飞重量(kg) 27216 25000 26000 最⼤起飞重量(kg) 38000 37000 36000 巡航速度(km/h)1963（1.82马赫） 1.83马赫 1,400 最⼤飞⾏速度 2.14马赫 2.5马赫 2,600(km/h) 最⼤升限（m ） 19812 20000 20000 实⽤升限（m ） 18000 18000 18000 航程(km)（带两油箱）4830 5500 4000 作战半径 (km) 2177 2000 —— 翼负荷（kg/m^2） 378 —— 470 推重⽐ 1.4 —— ——3.F22、J20、T50的⽓动特性3.1⽓动外形设计飞机型号F22 J20 T50 机翼形状蝶形翼三⾓翼三⾓翼后掠⾓⽐较⼩⼤中垂直尾翼⼤舵⾯操纵全动全动腹鳍⽆两⽚⽆⽔平尾翼全动⼩⾯积近似⽆全动鸭翼⽆上反全动⽆边条绫线边条绫线边条+翼前⼩边条绫线边条+可动边条翼机⾝宽⼤短粗偏窄修长扁宽修长进⽓⽅式两侧进⽓两侧进⽓两侧进⽓升⼒体技术较好升⼒体较好升⼒体⼤升⼒体采⽤边条翼技术是是是进⽓道CARET进⽓道DSI进⽓道CARET进⽓道进⽓道间距窄间距窄间距宽间距尾喷管形状长⽅形圆形圆形长细⽐⽐较⼩⼤中放宽静稳定性是是是3.2 F22⽓动设计分析3.2.1 兼顾亚⾳速和超⾳速巡航的蝶形机翼设计四代机与三代机在⽓动上很⼤的不同点在于四代机要求超⾳速巡航，这就需要降低超⾳速阻⼒系数，⽽降低超⾳速阻⼒⽆外乎增加后掠⾓、减⼩展弦⽐、减⼩机翼相对厚度、减⼩机⾝最⼤截⾯、增⼤长细⽐等措施。
超音速战斗机气动隐身设计
现代化战斗机是一个由多方面因素综合作用所构成的整体，每一代战斗机的出现除了代表着在航空技术上所获得的发展之外，更加重要的是对战斗机的战术应用认识上的提高。
战斗机在设计之初所确定的技术指标和使用方式决定了飞机的整体设计特点。
随着科技的发展，在"先敌发现、先敌开火、先敌摧毁"作战思想的牵引下，战斗机已经发展到了以F-22、F-35为代表的第四代，其“超音速巡航、超机动性、隐身、可维护性”的特点已经成为第四代超音速战斗机事实上的划代标准。
战斗机的现代化改进虽然在技术上可以得到一定的发展和完善，但是由使用方式决定的固有设计特点却无法依靠技术改进来进行调整，第二代战斗机无论进行任何形式的改进也无法达到第三代战斗机的标准，以第三代战斗机的设计也根本不可能具备发展成第四代战斗机的基础条件。
因此，面对F-22、F-35 我们应该选择设计满足超音速、高隐身、高机动的第四代战机来与之抗衡，而不能幻想通过对现有机型进行优化改进就能与F-22、F-35为代表的第四代飞机及其他具有类似特点的飞行器进行抗衡和拦截。
由此，我们可以研究分析一下F-22、F-35以及早期阶段的YF-22和被淘汰出局的YF-23,从它们的设计特点上大致勾勒出我们所需要的能与之相抗衡的战机整体布局。
图1 F-22三面图整体上看，F-22、F-35以及之前的YF-22、YF-23都没有采用鸭式布局，主要原因是配平问题和隐身问题。
从配平角度看，为了实现有效的俯仰控制，鸭翼就无法配平机翼增升装臵产生的巨大低头力矩，为了配平增升装臵，鸭翼就要增大，这样对机翼的下洗也会随之增大，反而削弱了原来的增升效果；同时为了防止深失速，还可能需要增加平尾；大鸭翼也很难满足跨音速面积率的要求，这样就增大了超音速阻力不利于超音速巡航。
从隐身角度看，隐身设计的一个很重要的原则是要尽量保证机体表面的连续，而鸭翼恰恰是机身的不连续处，其位臵大小平面形状很难匹配。
飞机气动布局
案现代作战飞机的气动布局有很多种，主要有常规布局、鸭式布局、无尾布局、三翼面布局和飞翼布局等。
自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，飞机设计师们通常将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾部。
这种布局一直沿用到现在，也是现代飞机最经常采用的气动布局，因此称之为“常规布局”。
鸭式布局，是一种十分适合于超音速空战的气动布局。
早在二战前，前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧，就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能，而且前翼和机翼可以同时产生升力，而不像水平尾翼那样，平衡俯仰力矩多数情况下会产生负升力。
早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子，“鸭式布局”由此得名。
无平尾、无垂尾和飞翼布局也可以统称为无尾布局。
对于无平尾布局，其基本优点为超音速阻力小和飞机重量较轻，但其起降性能及其它一些性能不佳，总之以常规观点而言，无尾布局不能算是一种理想的选择。
然而，随着隐身成为现代军用飞机的主要要求之一以及新一代战斗机对超音速巡航能力的要求，使得无尾——特别是无垂尾形式的战斗机方案越来越受到更多的重视。
在常规布局的飞机主翼前机身两侧增加一对鸭翼的布局称为“三翼面布局”。
三翼面布局形式可以说最早出现在六十年代初，米高扬设计局由米格-21改型而得的Е-6Т3和Е-8试验机。
三翼面的采用使得飞机机动性得到提高，而且宜于实现直接力控制达到对飞行轨迹的精确控制，同时使飞机在载荷分配上也更趋合理。
俄罗斯的苏－34、苏－37和苏-47都采用这种布局。
早在二战期间，美国和德国就开始研究这种布局的飞机。
现代采用飞翼布局的最新式飞机，就是大名鼎鼎的美国B－2隐型轰炸机。
由于飞翼布局没有水平尾翼，连垂直尾翼都没有，只是像一片飘在天空中的树叶，所以其雷达反射波很弱，据说B－2在雷达上的反射面积只有同类大小飞机的百分之一。
变后掠布局较好的兼顾了飞机分别在高速和低速状态下对气动外形的要求，在六七十年代曾得到广泛应用，但由于变后掠结构所带来的结构复杂性、结构重量的激增，再加上其它一些更为简单有效的协调飞机高低速之间矛盾的措施的使用，在新发展的飞机中实际上已经很少有采用这种布局形式的例子了。
气动布局解析实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解和掌握不同气动布局的基本原理和特点。
2. 分析不同气动布局对飞行器性能的影响。
3. 通过实验验证理论知识的正确性。
二、实验器材1. 气动模型（如飞机模型、导弹模型等）2. 风洞实验装置3. 数据采集与分析软件4. 测量工具（如风速计、压力计等）三、实验原理气动布局是指飞行器各个部件的相对位置布置，它直接影响飞行器的空气动力学性能。
不同的气动布局具有不同的升力、阻力、稳定性、机动性等特性。
四、实验内容1. 常规气动布局实验（1）实验步骤：将气动模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。
（2）数据分析：分析常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
2. 鸭式气动布局实验（1）实验步骤：将鸭式气动布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。
（2）数据分析：比较鸭式气动布局与常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
3. 飞翼布局实验（1）实验步骤：将飞翼布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。
（2）数据分析：分析飞翼布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
4. 三翼面布局实验（1）实验步骤：将三翼面布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。
（2）数据分析：比较三翼面布局与常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。
五、实验结果与分析1. 常规气动布局常规气动布局具有较好的稳定性和机动性，但升力系数相对较低。
在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。
2. 鸭式气动布局鸭式气动布局具有较好的机动性和升力系数，但稳定性较差。
在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。
3. 飞翼布局飞翼布局具有较好的升力系数和隐身性能，但机动性和稳定性较差。
在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。
4. 三翼面布局三翼面布局具有较好的升力系数、稳定性和机动性。
歼-10气动布局特点及战斗性能分析
相比之下，鸭式布局比后尾式及无尾式布局优越之处在于：其抬头俯仰力矩可由飞机重心前的 正升力面(鸭翼)提供。这真是一举两得：既提供了配平力矩，又增加了升力。那么为什么以前人 们很少采用鸭式布局呢?这是因为常规的鸭式飞机有三大缺点：(1)前翼对主翼存在着强烈的下 洗，使主翼升力降低。尽管前翼的升力是正的，弥补了部分升力损失，但配平时的总升力不见 得比后尾式高很多。(2)鸭式布局配平问题不好解决。一般情况下。鸭翼的负荷要比尾翼大，往 往为尾翼的3～4倍。因为把鸭翼放到前面，全机焦点随之前移，重心也需向前调整。这样鸭翼
再加上主翼的面积大、翼载荷小。它的空战机动性能肯定不错。
该机的机翼与机身之间的过渡区明显采用了翼身融合体设计，不但“浸润”面积小、阻力小、雷 达反射截面积小，还大大增强了结构，扩大了机内容积。由此可以看出，其机内的载油系数较
高，航程和作战半径应该较大。
歼-10采用了可调式腹部进气道，这种进气道的外形阻力本来就比两侧进气方案的阻力要 小，再加上其进气道可以随 M 数的变化自动进行调节，推力损失小。因此，可以推断出，该机 的高空、高速性能和低空突防性能应该很好，明显优于 F-16、F／A-18M 采用固定式不可调进
大幅度提高。
新型鸭式飞机已经在上世纪90年代崭露头角，而且在气动上它们还大有潜力可挖。可以预言， 随着二元喷口、复合材料、前掠、动力增升以及主动控制等新技术的应用，鸭式飞机的性能将
会有更大的提高。
看图识歼-10 飞机研制是一个复杂的系统工程，涉及到气动、结构、材料、电子、机械、动力装置等方 方面面的学科，需要在研制的过程中不断地进行综合权衡，不断地解决出现的新问题，历经多 年才能完成一个研制周期。可以说，现代飞机尤其是先进的战斗机是代表一个国家技“外八字”式机身起落架，与采用机翼起落架的方案相比，其主翼下表面 比较“干净”，不受主起落架收放的影响，可布置更多的挂架；而且能在翼根部位挂载一些比较
谈谈鸭翼布局战斗机的气动特点
摘要飞机姿态控制包含俯仰（pitch）、滚转（roll）与偏航（yaw）方向，其中俯仰方向安定性和操控性是对飞行安全最重要的飞控参数。
如果以俯仰控制面安装位置对飞机分类，则可分为鸭翼（canard，法文鸭子的意思，来源于法国报纸对莱特兄弟飞机的描述）、水平尾翼（horizontal tail）、无尾翼（tailless）以及同时安装鸭翼和水平尾翼的三翼面（three surface）布局。
鸭翼布局虽然具有较佳升力特性，但如果未能妥善处理好鸭翼涡流与主翼、机身及垂直尾翼流场间的交互作用，将对飞行稳定与姿态控制产生不良影响。
但这个缺点在近距耦合概念诞生，并结合线传飞控系统后已经得到改善，诞生了几种成功的鸭翼战斗机。
本文从气动力学的观点出发，在不考虑飞控系统与推力矢量控制运用的成熟性、结构负荷极限、战场场景想定与战术运用等外在因素的情况下，对鸭翼布局的气动特点进行初探。
鸭翼-三角翼布局水平尾翼布局无尾三角翼布局三翼面布局前言人类第一架载人动力飞机“飞行者”号采用的就是鸭翼布局，该布局与水平尾翼布局相比，具较佳的升力特性，所以在飞机早期发展史上也能偶尔见到鸭翼布局战斗机。
但因为鸭翼布局复杂的气动特性，特别是缺乏足够的纵向恢复力矩，所以虽然最早运用在飞机上，却没有被后续战斗机普遍运用，水平尾翼布局反而成为“传统布局”。
随着线传飞控系统的诞生，因鸭翼与主翼间复杂气流交互作用导致的操控问题得以解决，推力矢量控制进一步解决俯仰方向控制。
欧洲和中国的新一代战斗机，因侧重瞬间转弯能力以及短场起降需求，多采鸭翼布局设计，而美俄则继续坚持传统布局战斗机。
显见两种布局各具优点，使设计人员于在不同设计考虑下，在两种迥异的气动外形下，依据战场环境与作战需求设计出各自的性能优异的战斗机。
中国的歼-20是目前唯一的鸭翼布局隐身战斗机随着中距空空导弹的日益普及，视距外交战（beyond visual range, BVR）已成为未来空战的必然模式，战斗机操控性似乎不如武器性能重要。
战斗机气动布局设计
八、气动布局的发展趋势
翼 ➢ 最优的空气动力 ➢ 先进的控制技术 ➢ 更好的推进系统 ➢ 新型的结构材料 ➢ 精巧的航电武器
谢 谢！
谢谢大家！29Fra bibliotekF-102
火神 F-106
五、无尾布局
➢ 无尾布局飞机的翼面少，可以减少飞机的重量和阻力。缺点主要是起降性能差和中低空 跨音速机动性差，后逐渐被鸭式布局所取代。但是，随着推力矢量技术的发展和飞机隐 身要求增加，无尾布局的缺陷可以用推力矢量来弥补，无尾布局翼面简洁，利于隐身的 优点将会得到发挥。
六、三翼面布局 在常规布局飞机的机翼前增加一付鸭翼的布局称为“三翼面布局”。
三、常规布局
➢ 机翼后缘布置有内侧襟翼，外侧副翼，或者是内外侧一起偏转的襟副翼；水平尾翼一般 对称偏转，起俯仰操纵与平衡作用。部分飞机因外侧副翼滚转操纵能力不足，采用水平 尾翼差动偏转来补充。
三、常规布局
➢ 机翼位于飞机重心附近，襟翼增升产生的低头力矩较小。 ➢ 梯形机翼居多，亚、跨声速机翼升阻比较好。
七、飞翼布局
早在二战期间，美国和德国就开始研究这种布局的飞机。现代采用飞翼布局最成功的是 美国B－2隐型轰炸机。
七、飞翼布局
➢ 优点是气动力效率高、升阻比大；雷达反射截面积小，隐身性能好。 ➢ 缺点与无尾布局相同，另外还须解决没有垂直尾翼带来的航向稳定性和控制问题。
七、飞翼布局
➢ 飞翼布局目前受限于航向操纵效能低，只适用于机动性要求不高的机种。但将来的发展 前途未可限量。现在掌握的技术中，推力矢量能助其一臂之力。
六、三翼面布局
➢ 三翼面布局集合了常规布局和鸭式布局的优点，提高了飞机的机动性。缺点是增加了一 付翼面，带来阻力、重量和驱动装置增加。
六、三翼面布局
北航研究生_气动设计课程大作业 _苏33与F18气动布局比较
苏-33与F-18气动设计对比苏-33和F-18分别作为俄罗斯和美国的主力舰载机，在气动设计上的差异体现了二者设计目标和飞行性能的不同。
苏-33苏-33机长21.2米，翼展14.7米，折叠后7.4米，机翼面积67.8米2，空重18.4吨。
采用了中单翼、翼身融合体、机翼翼根边条、中弧面可变弯度的前/后缘机动襟翼、整流尾锥、差动平尾和双发双垂尾气动外形，并采用了放宽静稳定度技术。
整个机体有前机身、中段机身/机翼和后机身三段组成。
前机身由可向上折反的雷达天线整流罩、前设备仓、可伸缩的空中受油管、座舱、前起落架舱和后部设备舱、前条翼组成。
苏-33对机身主要承重部件进行了加强，前起落架支柱直接与机身主要承力梁相连接，前轮起落架改为倒T字梁双轮式，可满足着舰时巨大的纵向过载要求，提高抗冲击过载强度。
苏33上增加了可动的前小翼，能满足舰上的低速起降性能。
前小翼的偏转角为+7°～-70°，左右两小翼由同一根轴相连接，只能同向偏转而不能反向差动，与主翼布局在同一个平面上。
前小翼与前边条在大的可控迎角下形成可控脱体涡，对主翼的上表面实现有利干扰，增大了升力系数，提高了飞机机动飞行时的纵向俯仰操纵性能和在舰上的起降能力。
苏-33的主翼为常规第三代战斗机通用的中等后掠翼，机翼的前缘后掠角为42°，后缘为15°，1/4弦线为37°，翼型为常规的非超临界翼型，翼根相对厚度为6%，翼梢为4%，外翼前缘装有全翼展机动襟翼，后缘装有副襟翼，在四余度电传飞控下可以自动控制机翼弯度，改变飞行时的升阻比。
为了增加飞机在舰上的起降能力，苏-33较苏-27增加了主翼面积，并把苏-27后缘半翼展的整体式副襟翼改为机翼内侧的两块双开缝增升襟翼。
在外翼内侧的双开缝增升襟翼之间的位置上安装有机翼折叠铰链，通过液压折叠机构把外翼分为固定翼段和可折叠翼段两部分，通过布置在机翼折叠机构开缝处后段的液压作动筒来控制机翼的打开和折叠，有利于减小在甲板上放置的面积，相应增加了甲板上的战机容量。
飞机气动布局设计简介
机翼的增升装置
增升装置：如果把机翼的前、后缘做成可活动的舵面，则其可 改变机翼剖面弯度和机翼面积，增加飞机升力，改善飞机飞行 性能。这种可增加飞机升力的活动舵面称为增升装置或襟翼。
襟翼一般分为 •前缘襟翼 •后缘襟翼
机翼的增升装置 增升装置
最主要的缺点: •飞机的纵向操纵和配平仅仅靠机翼后缘的升降舵来实现， 则由于力臂较短，操纵效率不高。 •在起飞着陆时，增加升力需升降舵下偏较大角度，由此带 来下俯力矩，为配平又需升降舵上偏，因而限制了飞机的
起飞着陆性能
三翼面布局
机翼前面有水平前翼 （鸭翼），机翼后面 有水平尾翼
Su-33
S-37
三翼面布局的优缺点
三翼面布局飞机 ny=7 5.2 常规布局飞机 ny=7 6.9
0.9 0.9 0.1
最主要的优点: •气动载荷分配上也更加合 理 •综合常规布局和鸭式布局 的优点
最主要的缺点: •漩涡破裂，产生非线性的 气动力 •小迎角时的阻力比两翼面 的要大
飞翼布局
飞机只有机翼的气动布局形式。
B-2
飞翼布局的优缺点
翼型
翼型：平行于飞机对称面的翼剖面
Y 平凸形
双凸形
对称形
圆弧形 X 菱形
弦长
后缘
前缘
翼弦
弦长
图1-3 翼型的中弧线和翼弦
相对弯度、相对厚度、前缘半径、后缘角
cmax
f max
Xc
Xf
翼型参数的定义
• 弦长：弦线被前、后缘所截线段的长度 • 相对弯度 ：翼型中弧线与翼弦之间的距离叫弯度。最大弯 度与弦长的比值，叫相对弯度。相对弯度的大小表示翼型的不 对称程度。
航空器气动布局的设计和分析
航空器气动布局的设计和分析一、概述航空器气动布局的设计和分析是航空工程学科中的一个重要分支，主要针对飞机在高速飞行中遇到的气动力学问题进行研究。
其目的是通过优化气动布局设计，提高飞机的性能和安全。
本文将分为以下几个部分，对航空器气动布局的设计和分析进行探讨。
二、气动布局设计飞机的气动布局设计包括机翼、机身、尾翼、发动机及各个部位之间的协调与匹配。
将各个部位的气动流场加以调整，使之达到最佳状态，以达到最佳性能。
1.机翼设计机翼的设计是飞机气动布局设计中最为重要的一部分。
机翼的气动设计不仅决定了飞机的外形，而且也影响了飞机的稳定性和飞行性能。
设计时需考虑以下几个方面：(1)机翼的平衡性一般来说，机翼设计必须满足平衡性的要求。
这意味着机翼必须在作用力的作用下，保持稳定运行，以防止其在飞行过程中出现不必要的姿态变化。
平衡性是机翼设计的重要考虑因素之一。
(2)机翼的升力与阻力特性机翼的升力与阻力特性也是设计的重要考虑因素。
升力特性决定了所需要的起飞和降落速度，而阻力特性则影响了飞机的航程。
设计时需要考虑这些因素来优化机翼的效率。
(3)机翼的强度与刚度机翼必须具有足够的强度和刚度，以支撑整个飞行器的质量，同时要满足对不同飞行载荷的要求。
(4)机翼的结构机翼结构的设计也是机翼设计的重要考虑因素之一。
需要考虑机翼的几何形状和材料属性，以满足不同的要求。
2.机身设计机身是整个飞机的骨架，负责承载机翼和发动机。
机身设计需要满足以下要求：(1)机身的气流稳定性机身必须具有良好的气流稳定性，以确保飞机在飞行过程中稳定。
(2)机身重量和刚度机身必须具有足够的强度和刚度，同时尽可能减少机身重量，确保飞机在飞行过程中能够承受飞行载荷的各种挑战。
(3)机身内部布局的合理性机身内部的设备必须合理布置，以便维修和保养。
3.尾翼设计尾翼的设计必须考虑与机翼的匹配，以及满足稳定性和机动性等要求。
尾翼可以帮助控制飞机的稳定性，同时也能通过变动尾翼的位置和角度来帮助控制飞机。
气动布局
飞机的气动布局飞机外形构造和大部件的布局与飞机的动态特性及所受到的空气动力密切相关。
关系到飞机的飞行特征及性能。
故将飞机外部总体形态布局与位置安排称作气动布局。
其中，最常采用的机翼在前，尾翼在后的气动布局又叫作常规气动布局。
气动布局形式是气动布局设计中首先需要考虑的问题。
目前飞机设计中主要采用的包括以下几种：正常布局；鸭式布局；变后掠布局；三翼面布局；无平尾布局；无垂尾布局；飞翼布局。
正常布局是迄今为止被使用最多的一种布局形式，目前仍然被应用于各类飞机之上。
鸭式布局在早期未能得到足够的重视，但随着超音速时代的来临，鸭式布局的优点逐渐为人们所认识。
目前广泛应用于战斗机之上的近距鸭式布局利用鸭翼与机翼的前缘分离涡之间相互有利干扰使涡系更加稳定，推迟了涡的破裂，为大迎角飞行提供了足够的涡升力，显著的提高了战斗机的机动性。
此外，采用ACT和静不稳定的鸭式布局的优点则更为突出。
变后掠布局较好的兼顾了飞机分别在高速和低速状态下对气动外形的要求，在六七十年代曾得到广泛应用，但由于变后掠结构所带来的结构复杂性、结构重量的激增，再加上其它一些更为简单有效的协调飞机高低速之间矛盾的措施的使用，在新发展的飞机中实际上已经很少有采用这种布局形式的例子了。
三翼面布局形式可以说最早出现在六十年代初，米高扬设计局由米格-21改型而得的Е- 6Т3和Е-8试验机。
三翼面的采用使得飞机机动性得到提高，而且宜于实现直接力控制达到对飞行轨迹的精确控制，同时使飞机在载荷分配上也更趋合理。
无平尾、无垂尾和飞翼布局也可以统称为无尾布局。
对于无平尾布局，其基本优点为：超音速阻力小和飞机中两较轻，但其起降性能及其它一些性能不佳，总之以常规观点而言，无尾布局不能算是一种理想的选择。
然而，随着隐身成为现代军用飞机的主要要求之一以及新一代战斗机对超音速巡航能力的要求，使得无尾——特别是无垂尾形式的战斗机方案越来越受到更多的重视。
对于一架战斗机而言，实现无尾布局将带来诸多优点。
飞机气动布局的发展
飞机气动布局的发展很久以前，人类就有飞天的梦想。
但一直到1903年，经莱特兄弟成功的飞行实践，人类才得以实现用比空气重的飞行器飞行的梦想。
从第一架飞机发明至今不到100年时间，但随着气动理论的不断完善和制造工艺的提高、新型材料和主动控制技术的，飞机的外形发生了很大的变化。
有了莱特兄弟的突破，世界各地的航空爱好者们前进的步伐更快了。
飞机发动机功率不断增大，设置了敞开式座舱，水平安定面很快被后置，横侧操纵由我们所熟悉的副翼代替，用上了后三点式起落架，并出现了单翼机。
随着第一次世界大战的爆发，飞机很快就卷入了战争。
从早期仅用于侦察，敌对双方飞机在空中相遇时飞行员用打手势表示抗议，发展到用手枪互相对射。
这引起了军方的重视，飞机在很短的时间里就出现了专用于战争的战斗机，轰炸机。
在一战期间，交战各国的战斗机采用了双翼，甚至出现了三翼，并出现了封闭式座舱，但仍采用后三点式起落架。
到第二次世界大战，作战飞机的性能有了大幅度提高，双翼机很快被全金属的单翼机所取代，逐渐出现了前三点式起落架。
速度达到了每小时700公里以上，升限达12000米，几乎是活塞式飞机的极限，想要再提高飞行速度和高度已相当困难了。
1939年8月，德国将涡轮喷气式发动机装上了飞机；1941年5月，英国也进行了喷气式飞机试飞；1942年10月，美国喷气式飞机也飞上了蓝天。
40年代后期，喷气发动机逐渐推广，经几年迅速发展，50年代达到了全盛时期，被广泛应用于战斗机、轰炸机，后来又逐渐被民用飞机所采用，这些标志着飞机的发展进入了喷气式时代。
它意味着飞机的飞行速度可以进一步提高，升限也可上升到一个新高度。
为适应高速飞行的需要推迟激波波阻的出现，机翼由平直翼过渡到了后掠翼，并成为高速飞机气动布局的主流。
五六十年代，人们设计飞机的指导思想是追求高空高速，为达到此目的，机翼的后掠角也越来越大，并在后掠翼的基础上发展了三角翼，超音速飞机的机头还采用了尖头。
但是，就是在今天，绝大多数飞机仍保留着我们熟悉的常规布局方式，即机翼无论是平直翼或后掠翼、三角翼，仍是产生升力的主要部件，平尾、垂尾后置于飞机尾部，普遍采用了前三点式起落架。
飞机的气动布局
从人类第一架飞机“飞行者一号”开始，飞机气动布局发展就与鸭式布局结下了百年的渊源。
一直以来，鸭式气动布局被视为优点和缺点同样突出的气动布局，让飞机设计者们既爱又恨。
似乎已经形成了这样一个观点，那就是鸭式布局作为一种“旁门左道”的航空技术，无法撼动常规布局在战斗机设计中的主流地位。
而中国歼二十的亮相和首飞无疑推翻了这个论调，采用鸭式布局同样可以攀登上最先进战斗机的巅峰。
“丑小鸭”：早期鸭式布局实践人类第一架飞机“飞行者一号”采用的就是鸭式布局。
在人类刚刚接触飞机设计的时候，非常自然的想到，在机头设置控制翼面，翼面上偏，飞机抬头，翼面下偏，飞机低头，从而实现飞机的俯仰控制。
但是在飞机技术发展过程中，航空先驱者们发现，鸭式布局这个看似简单直接的气动控制手段，在工程应用的时候带来相当多而且凭借当时技术手段基本无法解决的问题。
第一，鸭翼上偏在提供升力或者抬头力矩的同时，干扰了后面主翼的流场。
鸭翼上偏或者设计成平飞时也产生升力的时候，由于升力产生的本质就是鸭翼上下表面的压力差，鸭翼上表面形成的低压区碰巧在主翼的位置，而且部分低压区产生在主翼之下。
这样就相当于降低了主翼下表面压力，从而降低了主翼升力。
第二，鸭翼的攻角是飞机攻角与鸭翼偏转角度的叠加，鸭翼偏转角度稍大就会因为迎角过大而失速，飞机迅速失去抬头力矩。
这就相当于限制了飞机俯仰操纵能力，由此带来飞机最关键的盘旋性能的下降。
第三，鸭翼带来严重的非线性操纵问题。
鸭翼在进行俯仰操纵的时候，鸭翼的偏角与飞机的俯仰角速度有着非常复杂而且非线性的控制关系，只在小迎角范围内存在近似线性的控制关系。
这样复杂的控制律除非采用计算机进行控制否则飞行员只能在非常小的迎角范围内稳定控制飞机。
第四，鸭式布局给飞机的俯仰力矩很大，需要主翼襟翼提供相应的配平力矩。
俯仰力矩大本来对于强调高俯仰速率的战斗机是有益的，但是高俯仰力矩需要主翼襟翼有足够的力矩去配平。
一旦飞机迅速拉起迎角，如果襟翼不能遏制飞机的上扬趋势，飞机就会进入上扬发散，紧接着就是失速尾旋。
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7/10/2014
7/10/2014
7/10/2014
7/10/2014
鸭鸭式布局的优点
• 1.机动性获得提升 • 鸭翼在拉抬机头的时候会调整增加升力，机头拉起来，鸭翼可 以在水平机翼之前调整涡流使得飞机获得更大的升力，从而使 得飞机的机动性获得提升 • 2. 有利于简化飞机驾驶和保证飞行安全。 • 因有前翼而不易失速，产生受控涡流以改善起降性能
7/10/2014
• 不同位置的鸭翼对涡升力和配平有所侧重。大体 分为两种： 1、远距耦合。阻力和重量较小。适合高速飞行；坏 处是远离机翼，难以形成涡升力。 2、近距耦合。近距耦合的鸭翼产生涡升力的作用明 显得多，有利于提高机动性，但力臂短，配平和 俯仰控制作用降低。
近 距 远 距 远距耦合 “台风”式战斗机
7/10/2014
7/10/2014
• 鸭式布局，是一种十分适合于超音速空战的气动布局。 • 早在二战前，前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主翼之前的机 头两侧，就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能，而且前翼 和机翼可以同时产生升力，而不像水平尾翼那样，平衡俯仰力矩 多数情况下会产生负升力。 • 战机的鸭翼有两种，一种是不能操纵的，其功能是当飞机处在大 迎角状态时加强机翼的前缘涡流，改善飞机大迎角状态的性能， 也于飞机的短矩起降。
7/10/2014
• 这些飞机的鸭翼除了用以产生涡流外，还用于改善跨音速过程中 安定性骤降的问题，同时也可减少配平阻力、有利于超音速空战。 • 在降落时，鸭翼还可偏转一个很大的负角，起减速板的作用。 • 据称，俄罗斯下一代的飞机也考虑使用鸭式布局。 米格1.44 鸭翼 布局
7/10/2014
7/10/2014
7/10/2014
1常规布局
• 水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾部 • 新式战斗机很多都采用这种布局，如 • 俄罗斯的米格－29、苏－27、 • 美国的F－22、F－16、F－18等。
7/10/2014
边条
• 如果在机翼前沿根部靠近机身两侧处增加一片大后掠角圆弧形 的机翼面积，就可以大为改善飞机大迎角状态的升力。 • 这增加的部分在我国一般叫做“边条”。
7/10/2014
近距耦合 “阵风”式战斗机
• 鸭翼布局的优点主要是能够提高他的机动性。他的前翼和 后面的机翼都可以产生同样的升力，从而获得多余的俯仰 力矩，以让飞机缠斗中获得优势。三代机讲的是“能量机 动原理”意思是在最大的作战效能和势能上取得空战的胜 利。所以这个鸭翼带来的好处恰好符合所谓的“能量机动 原理”。 而四代机讲究的是4s标准。其中两条是“超视距 打击”和对雷达波隐形。而鸭翼的存在与这两点发生了冲 突，因为鸭翼会增加飞机的表面积，从而增加雷达反射截 面，飞机隐形性能下降。 飞机安装鸭翼可以让他的小半径 旋转做的更加自如，对缠斗有好处。但是四代机他超视距 打击在人的视线之外，根本不需要缠斗。
7/10/2014
• 只要看到一型飞机采用了边条的设计，就 可推测到这型飞机是强调近距离格斗性能， 适合大迎角、大过载机动飞行的。 • 美国的飞机一直钟情于常规布局。 • 虽然美国通过X－31试验机已经获得了鸭式 布局设计的要领，但在新一代战斗机F－22 亮相时，大家看到的仍然是常规布局。
7/10/2014
• 已服役的四代机中最先进的
• 阵风 法国独立研制的
• 和台风的水平旗鼓相当，略差一点，都是21世纪才开始服役的先进战机。• 狂风 Nhomakorabea• • •
英德意70年代联合研制的
在当时同时代研制的战机中，如米格29，苏27，F-15，F-16，幻影2000这些飞机中，都显得很差。
• 幻影2000 法国独立研制
从80年代服役至今，总体性能优异 无尾三角翼布局，没有鸭翼，只有两个小边条，使用先进的脉冲多普勒雷达，由于小型机体限制，无法换装更 强大但更重的相控阵雷达，最大的诟病就是发动机推力不足，油耗大。从八十年代服役至今，外销销量尚可， 目前仍有包括法国、印度、希腊、阿拉伯联合酋长国、中国台湾等一些国家和地区使用幻影2000，总体性能优 异
法国阵风 苏－34 苏－37 苏-47
B－2
第五代战机布局 • F-22 ,F-35 常规布局 • T-50 常规布局 • J-20 鸭式布局
7/10/2014
• 常规布局
第四代战机布局
• 米格－29、Su－27 • F－16、F－18
• 鸭式布局
• • • • 欧洲“台风”（EF -2000）、法国的“阵风”、 瑞典的JAS－39鹰狮 Su-30、Su-47、米格1.44 J-10, J-20
• 无尾三角翼布局
• 法国的幻影2000、欧洲“台风” -EF2000
7/10/2014
•
目前4款已经成形的第五代战斗机的发动机喷射口对比。
7/10/2014
7/10/2014
7/10/2014
容易混淆的飞机
• 台风 （EuroFighter2000， EF2000 ）
• 欧洲战斗机公司研制，参与国家有英、德、意、西四国
战斗机的气动布局
米格－29、苏－27、F－22、F－16、F－18 EF－2000、法国“阵风”、瑞典JAS－39、歼-10
幻影 2000 YF-23（是由美国诺斯洛普与麦克唐纳 道格拉斯两家公司共同设计，一共只有生产两架原型机，目前都已经不再飞行）
• 4.三翼面布局 • 5飞翼布局
7/10/2014
战斗机的气动布局
• discover2040
7/10/2014
飞机的布局 • 总体布局
• 飞机的发动机、座舱以及武器等放在哪里的问题，笼 统地称为飞机的总体布局
• 气动布局
• 飞机的各翼面，如主翼、尾翼等是如何放指置的。 • 主要决定飞机的机动性
7/10/2014
• 1常规布局 • 2鸭式布局 • 3无尾布局
美军F-14
7/10/2014
7/10/2014
2鸭式布局
• 将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧 • 或者：无水平尾翼，机翼前面有水平小翼面的飞机 • 早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子，“鸭式布局”由 此得名。 • 目前有： • 欧洲的EF－2000、 • 法国的“阵风”、 • 瑞典的JAS－39等 • 歼-10，歼-20