鸭翼的作用和平尾类似,主要起到配平作用,鸭翼还能产生升力,它能产生涡流,形象的说涡流就像是在主翼表面持续不断制造小龙卷风,大仰角时三角翼前缘会产生强烈旋转的涡流,在机翼表面形成一个高速的低压区,好像有一股向上的吸力,其实是机翼下面压强大、上面压强小的作用。 三角翼的仰角越大,其涡流的强度越大,升力越大,但超过一定的角度后,就会急转直下,涡流开始破裂,导致机翼失速,容易失事,单纯的三角翼大仰角能力并不好。 瑞典空气动力学家在上世纪60年代发现了鸭翼的近距耦合现象,当鸭翼和主翼的位置和距离合适时,鸭翼产生的涡流和主翼涡流可相互作用,能稳定涡流,有效减小主翼失速,因此鸭翼能提高升力系数。欧洲国家对鸭翼钟爱,瑞典的鹰狮、法国的阵风、欧洲的台风都是鸭翼。 然而鸭翼也有弊端,常规布局的飞机,气流过了平尾,对机体几乎无影响,但鸭翼布局的飞机,鸭翼的气流会进入到主翼和机身流场中,多方作用下导致涡流紊乱,控制困难,必须采用电传飞控,利用计算机辅助控制,故而鸭翼对飞控要求更高,歼15当初连续坠毁,就和飞控有极大关系。 美国人对鸭翼的优缺点研究的很透彻,因此他们的飞机从来不用鸭翼,既然有了强大的发动机,何须用鸭翼来提供的那点辅助升力,人家完全可用更加稳健的常规布局来实现同样的指标,从而不必冒险,所以美国F-16的设计师有句名言:“鸭翼最好的位置是别人的飞机上”。然而对于欧洲和我国来说,发动机可没有美国那样强悍,所以通过鸭翼来提高升阻比,实现更高的飞行性能,这就是现实。 鸭翼的作用就是配平和涡流耦合,但两者又有矛盾,鸭翼和主翼距离小,配平能力就弱,但耦合作用强,亚音速机动性好,反之亦然,歼20的鸭翼和主翼距离远,配平能力强,高速性好,所以超机动能力强,但亚音速能力不足,所以通过其他手段来补强。 各国根据自己的需求来灵活运用鸭翼,例如欧洲的台风战斗机,英国和德国是最大客户,为了应对北极熊入侵,对高速性和空战要求高,是空优型战斗机,因此鸭翼非常靠前,甚至到了座舱前端,是典型的远距耦合,配平能力很强,超音速机动优秀,1.6-1.8马赫下达到3-4G的机动,很长一段时间内其超音速性仅次于采用了矢量喷管的美国F22。但鸭翼过于靠前,耦合作用几乎没有,为此台风在进气道到主翼安装了两个鼓起来的狭长涡流发生器,看起来十分怪异,但部分弥补了涡升力的不足。 法国的阵风战斗机,是多用途战斗机,特别强调对地攻击,还有舰载机的需求,因此它采用了近距耦合,鸭翼更贴近主翼,距离更近,涡流耦合增升效果好,提升了载弹量和航程,亚音速性能非常出众,但由于过近,配平能力差,空气阻力很大,超音速和高机动差。 我国的歼10,最初目标是高速截击和空战,因此需兼顾高空高速和中低空机动能力,因此歼10的鸭翼是中距耦合,鸭翼和主翼的距离比阵风大,但远没有台风那样变态的远,兼顾了配平和涡升力,气动复杂。然而我国的成飞设计师们,并未像欧洲双风那样采用妥协的态度,而是迎难而上,向高机动和中低速发起了挑战。 看歼10的鸭翼,其设计难度远超欧洲双风,大面积变弯度上反式鸭翼,加强了配平功能,利于俯仰控制。主翼另有大幅的气动扭转,内外翼段分别扭转对应不同状态下的鸭翼涡流,获得最大的升力效果。从鸭翼处机身鼓起然后下弯收窄,思路就是减小机体面积,降低鸭翼增大带来的阻力,改善涡流对后机身流场的干扰。 成飞对于鸭翼的研究最早始于歼9,深耕鸭翼已经超过40年,功力全球首屈一指,世界上无出其右者,要不然也不敢给歼20安装上两个更大的鸭翼。歼10的鸭翼是三代机中最大的,也是气动最复杂的,对飞控要求极高,从而收获了鸭翼的优势,避免了诸多缺陷,是三代机中集大成者。 |
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