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从何判别一架战机的基本性能(二)

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无尾三角翼飞机的这个缺点直到采用电传操纵,放宽飞机静安定度,允许重心相对靠后以后才有所克服。例如,同样采用无尾三角翼的“幻影”2000的起降性能就比“幻影” III好得多。两种飞机同样布局(“幻影”2000进气道两侧有一对小片,只起涡流发生器的作用,不是鸭冀),由于前者采用电传操纵,而且基本上中性安定,同时推重比也大,所以起飞滑跑距离比较短。

如果采用鸭式布局,配平飞机时,可利用整个前翼或前翼后缘襟翼向下偏转,即可给出较大的抬头力矩,同时会产生正升力,提高了飞机的总升力。这种良好的作用在大攻角机动和起飞、着陆过程中尤为明显。

鸭式布局的前置翼面在飞机重心之前,所起的作用是不稳定的。但是只要飞机的重心设计合理,飞机仍可保证全机俯仰稳定,前置翼的不稳定作用可以克服。而现代飞机有电传操纵系统,飞机采用放宽静安定性设计,有点俯仰不安定反而有利于机动.更能发挥鸭式布局的优越性。如果用鸭翼而没有电传操纵,全靠飞行员操纵多种翼面,工作负担将会太重,效果不好还容易出事故。

但设计鸭翼布局战斗机时,不同战斗机对鸭翼的要求是不同的。后来的研究发现,前置翼面有三种功能:改善主机翼气流流场;产生合适的俯仰力矩以平衡或操纵飞机俯仰运动(包括克服现代战斗机推力矢量可能引起的力矩变化); 着陆后增加飞机阻力。因此现在的鸭式布局发展成两种类型,即近距祸合式和俯仰平衡式。但这只是按设计鸭翼的侧重点来说,并非绝对的界限分明,其作用也是并存的。

世界上第一种成功利用鸭翼的作战飞机是1961年左右瑞典研制的Saab37“雷”式战斗机。它的鸭翼不能动,但有效地利用了旋涡系的作用。在大迎角时前翼产生强大的涡流,加强机翼的前缘涡,改善飞机大迎角状态机翼翼面气流流场,增加升力,有利于飞机短距起降和机动性能的提高。这种空气动力的相互作用称“近距耦合”,这种气动布局就称为“近距耦合式布局”。由于涡流对鸭翼与机翼的距离远近和两翼面的上下距离位置很敏感,必须仔细设计和试验来决定其相对位置,否则作用不大或甚至有害。

如果前置冀面与大后掠角机翼相对位置合适,在大升力(大迎角)时前置翼面产生的脱体涡系正好经过后面的主翼面。在这种情况下,前置翼面所产生的旋涡系会改善主翼面上的压力分布,有可能使升力增大20%~30%。这种涡流同时作用于垂尾,得到良好的横侧稳定性。例如,有鸭翼的Saab37最大配平升力系数要比没有鸭翼的Saab35“龙”式战斗机大50%。前者是近距祸合式的典型。

法国的“幻影”III战斗机曾有一种改型,在座舱下的机身两侧加装了一对面积不大,但展弦比较大有下反角的前翼,像八字胡须,试验后效果很好。后来,由于结构上改起来比较复杂,加上当时飞机没有电传操纵系统,使用起来也有困难,因此没有批生产。而法国的“幻影”4000(没有投产)、“阵风”则是近距耦合式,鸭翼完全可以操纵。

后来的新式鸭翼战斗机主要利用其第二种功能,鸭翼为可操纵。例如英、德、西、意合作的“台风”,俄罗斯的米格1.44 和瑞典的JAS-39“鹰狮”等。这些飞机的鸭翼离机翼较远,主要用来改善飞机的敏捷性,克服三角翼的缺点。它在飞行中偏转的角度完全由计算机通过电传操纵系统视情况自动控制。当飞机从亚音速向超音速过渡时,鸭翼可减少飞机焦点前移(否则会使安定性猛增不利于机动),减少配平阻力和宜于进行超音速空战。此外,在着陆接地后的滑行过程中,若想让鸭翼起减速板的作用,可让其偏转一个很大的负角(后缘向上大于60°)。

为提高格斗机动性,将来战斗机可能采用推力矢量发动机,尾喷口能根据需要偏转15°~ 20°但这种状态除了增加飞机的机动能力外,还会产生一定的俯仰力矩,使飞机平衡困难。有鸭翼的飞机则可以较好地解决这个问题。

理论和实践都已经证明,鸭式布局特别适合与三角形机翼相配合。自从这种布局有关的技术问题为研制人员所掌握后,战斗机已经很少再采用无尾布局所以现代新型战斗机采用鸭式布局是很有道理的,也为将来采用推力矢量技术,提高格斗机动性做好准备。

现在的问题是,为什么美国的两种最新战斗机F-22和F-35都不用鸭式布局呢?现代战斗机有三种时髦的设计。一是前述的鸭式布局,包括鸭式三角翼和鸭式前掠翼。第三种就是美国一惯采用的大边条翼。前掠翼在美国和俄罗斯都有验证机,如X-29和S-37(S是工厂研制编号,正式编号苏-47)。这种机翼在气动力上是有好处的,升阻比大、格斗机动性好、亚音速航程较远、抗失速偏离能力强,对起降性能也有利。但机翼要求刚性特别好,否则会产生气动弹性发散,即不利的气动扭转。现在用复合材料特别剪裁工艺制造机翼才能满足抗扭要求。而这样的机翼抗损坏性和战时修复性较差。美国试飞完X-29后就对此种设计不再感兴趣。

美国从F-5、F-16开始即很欣赏大边条翼,这种机翼加常规尾翼对机动性,特别是大迎角机动性很有好处,垂尾可以倾斜以利隐身。而且美国对这种布局设计已经很有经验, F/A-18也是用大边条翼。由于鸭翼对隐身性能不利,F-22和 F-35对隐身能力的要求又放在很多其它要求之前,显然用鸭翼不大合适。飞机是一种综合平衡的高科技产品,不同总设计师各有不同观点。不管黑猫、白猫,能抓住耗子的就是好猫飞机布局似乎也是这样。

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