为什么说歼-20的鸭翼，运用在超高速飞行之时，几乎没有用处？

歼20的鸭式布局曾引起过国内外的激烈讨论，作为唯一一种安装了鸭翼的第五代战机，歼20为何会采用这种看似离经叛道的激进升力设计，又为何会引发鸭翼在超音速飞行中无用的言论？本文将对这些问题逐一进行探讨。

鸭式布局是什么

所谓鸭式布局其实就是在飞机前端安装水平前翼的气动设计，早年间采用这种布局的飞机前翼形状和鸭子的脚蹼相似，所以水平前翼又被称为鸭翼，这种气动布局也被叫作鸭式布局。鸭式布局和常规布局的飞机相比，最大的提升就在升力方面。

之所以会出现增升效应，主要是因为气流经过鸭翼后，会由于翼面上下的气压不同，在翼尖位置形成内卷的空气漩涡，学名又叫翼尖涡。鸭翼形成的涡流流过主翼表面的时候，会进一步加大翼面上下的气压差，从而产生更强大的升力。

虽然理论上鸭式布局能加大增强飞机的升力系数，但在电传飞控出现以前，鸭翼的效率其实是很低的，无法对飞机的飞行品质起到正向的影响，所以鸭式布局一直都算是飞机气动设计中的非主流。

但即便如此，世界上也不乏采用鸭式布局的先进战机，除了国产的歼10和歼20，欧洲的台风和阵风两种四代半战机都是非常典型的鸭式布局，老牌航空强国瑞典研发的JAS39战机也是如此。

除了完全采用鸭式布局的战机，国际上还曾流行过为常规布局的战机型号增加鸭翼以提升飞行性能的风潮，美国就曾在F15战机的基础上增加一对来自F18战机的水平尾翼作为鸭翼，打造出了独一无二的F15 ACTIVE验证机。

该机的目的是为了验证鸭翼设计对常规布局飞机的操控性提升，负责试验的NASA也证实，F15 ACTIVE确实在爬升率和稳盘性能上相对普通F15有了巨大提升，但由于该机出现的时候，电传飞控技术还比较落后，使得飞机的操纵品质并没有达到理想状态，最终这一方案被美国抛弃。

无独有偶，苏俄也曾在与F15齐名的苏27战机上安装鸭翼，除了当年昙花一现的苏37，用作舰载机的苏33甚至今天的苏30MKI上都装备一对小鸭翼。但随着飞控技术和矢量推力技术的提升，新一代侧卫家族成员几乎都放弃了小鸭翼的设计。

纵观这些装备鸭翼的战斗机型号，不难发现高机动性是它们共有的性能特征，实际上鸭杆式布局本就是一种强调战机机动能力的设计，而这种能力的实现也几乎都是在亚音速条件下，鸭翼主要作用的还是战机的低速机动性。

鸭翼对超音速飞行无用

别看现代战机基本都具备超音速飞行能力，但亚音速段的飞行机理和超音速段完全不同，亚音速飞行时升力的主体是机翼，而超音速飞行中，真正担当主要升力的是整个飞行器的结构外形。上个世纪那些极端强调高空高速和超音速飞行性能的战机，机翼面积都小的可怜。

所以鸭翼对于超音速飞行来说属于专业不对口，歼20身上真正会在超音速飞行中产生作用的设计反而是机体侧面的边条。不要小看边条的作用，其在超音速飞行中对战机机动能力的提升要远超体积大得多的鸭翼。

边条设计的原理并不复杂，其作用是帮助歼20尽量不受超音速激波的影响，以降低飞行阻力。其实只要多观察一番歼20的飞行表现就会发现，在高速飞行时，鸭翼几乎都不会改变角度，只有当飞机速度降下来，全动鸭翼才会开始产生配平和增升的作用。

实际上，我军虽然一直高度评价歼20的超音速机动能力，但从未说过鸭翼在这其中起到了多少作用。歼20的超音速机动性主要还是来源于特定角度的机头设计和修长的机身以及大三角翼，美国空军也承认，歼20更长的机身可能会让其比F22具备更好的高速机动性能。

虽然鸭翼无益于提升战机的超音速性能，那有没有一种特殊的气动设计能够在亚音速和超音速阶段都起到作用呢？这个答案其实早在数十年前就已经被提出过，这就是曾风靡一时的变后掠翼设计。

最著名的变后掠翼战机当属美国的F14雄猫了，之所以会应用这种设计，美国格鲁曼公司就是为了解决战机超音速后产生的激波问题。而他们的解决办法就是在超音速飞行中将机翼收起来，从而让战机被收拢在激波内部以减小阻力。

而在亚音速飞行时，又能将机翼展开，获得更大的升力面积和更好的低速操纵性，实现一套设计适应多种速度环境的目标。在后来的NATF项目上，洛克希德马丁公司也曾计划为海军版F22战机换装后掠翼，最后是因为项目下马才就此作罢。

不过变后掠翼也不是一种完美的解决方案，为了实现机翼的收放，其翼盒结构极为复杂，给飞机增加了大量不必要的结构死重，所以在F14和F111这两种战机退役以后，美国再也没有研制过新的变后掠翼战机。

不过我们也不应该完全否认歼20鸭式布局对超音速能力的作用，曾几何时，鸭翼也被认为会破坏战机的隐身外形，所以并不适合第五代战机安装，但歼20的出现却打破了这种偏见。

2023年3月，歼20在拦截美军B1B轰炸机的过程中，直到进入美军飞行员目视距离才被发现，足以说明其隐身能力之强。或许歼20的鸭翼在超音速飞行中，也会有我们意想不到的效果。

参考资料：

1 鸭式飞机 ．人民网[引用日期2013-10-12]

2 （英）理查德·布洛克利（Richard Blockey），（美）史维（Wei Shyy）主编,航空航天科技出版工程 5 动力学与控制,北京理工大学出版社,2016.06,第145页

3 （英）丹尼斯·豪著；孙秦，韩忠华，钟小平译,飞机载荷与结构布局,航空工业出版社,2014.01,第97页