方方对鸭式布局的评价，说得很好啊！

http://club.mil.news.sina.com.cn/thread-10620-1-1.html

随着歼－10的公开，“近距耦合鸭式布局”这个词在中国军事媒体上可谓红极一时，就连平时对军用飞机不甚“感冒”的同事也会冷不丁冒出来一句“近藕鸭式”，唬得人一愣一愣的。


于是，便有了这样两个问题：近藕鸭式布局是不是最好的布局，比正常式边条翼布局还要好？采用近藕鸭式布局的歼－10是不是比采用其它布局的飞机机动性更好？笔者不止一次被问到这些问题。虽然就笔者对歼－10的感情而言，也非常希望回答两个“YES”，不过很遗憾，在现实中这两个问题根本就没有答案。


俗话说，“条条大路通罗马”，飞机总体布局选择也是一样。当使用方提出了设计需求之后，设计方可以有多种布局供选择。这些布局各有所长，也各有所短；可能可以满足使用方的所有要求，也可能只能满足大部分要求（这种情况是最多见的）。飞机总体布局的选择过程，就是设计方结合设计需求对各类布局的权衡取舍过程。影响决策的因素很多，但归根到底就一条：以设计方和制造方所掌握的技术，能够实现使用方的要求。所以，无论是对设计方还是对使用方来说，没有“最好的气动布局”，只有“适用的气动布局”。


50年代军用飞机冲击2倍音速的时候，大后掠三角翼也曾经大受美国军机厂商的推崇：康维尔F-102/F-106系列，共和XF-103，北美XF-108（最终构形为双三角翼）都选择了三角翼。但大后掠三角翼飞机始终没能赢得美国空军的欢心。是不是说大后掠三角翼飞机就不好呢？这显然没法解释同时代的幻影III和米格－21为何大受欢迎。其实关键就是大后掠三角翼布局（无论无尾式还是正常式），无法满足美国空军的作战需求。在发动机推力不足而又追求最大速度的年代，大后掠三角翼波阻小的优势的确诱人；但当发动机推力不再成为限制飞机最大速度的障碍后，大后掠三角翼对美国空军来说就没有多少吸引力了，反倒是其固有缺点给美国空军一向注重的航程和载弹量带来严重的负面影响。也就是说，美国空军主流战机将大后掠三角翼拒之门外，不是由于这种布局“好”或者“不好”，而是其它布局更适合美国空军的作战需求。当然，对于其它发动机水平滞后的国家，或者不象美国那样强调远程遮断的空军来说，幻影III和米格－21依然是相当不错的选择。


至于飞机的机动性，本身定义涵盖范围就很广，影响因素也有很多，根本无法作出“因为采用了近藕鸭式布局，所以机动性好”这样的结论。即使是在相同技术水平条件下设计出来的不同布局的飞机，也只能说表现各有所长，需要按用户需求进行取舍。


因此，歼－10的总体布局选择，并不是简单的一个“好”字就可以说明的。让我们来看看这样一些事实：


1）鸭式布局的历史和人类航空史一样长，近藕鸭式布局出现于1962年（瑞典Saab-37），以年代来说都不是新鲜事物，后者更不是所谓“三代半”歼击机的特有布局。


2）鸭翼产生正配平升力的说法是有前提条件的，即这种飞机是静稳定的，或者在当时状态下是静稳定的（如超音速状态）。而对于处于静不稳定状态的飞机（放宽静稳定度的现代歼击机进行大载荷机动时往往就处于这种状态）来说，其对比结果恰恰相反：鸭翼产生负配平升力，而正常式飞机的平尾产生正配平升力。也就是说，鸭式布局的升力优势在这种状态下可以说是不存在的。


3）鸭式布局的应用主要有3个目的（可并存）：利用鸭翼正配平升力提高全机升力，这一用途多见于早期鸭式飞机和现代轻型飞机，如美国寇蒂斯XP-55，南航AD-100轻型飞机；解决或缓解超音速配平问题，给飞机俯仰操纵面卸载，减小超音速配平阻力，如美国北美XB-70；利用鸭翼对机翼的有利干扰大幅提高飞机相关性能，即近藕鸭式布局，如瑞典Saab-37。对于第一种目的，国内70年代曾经做过相关研究，即“抬”式布局。但这一布局的问题是：如果鸭翼升力不大，那么全机升力收益非常有限；如果要求鸭翼升力明显增大，那么对机翼的下洗也会加大，从而抵消相当一部分收益。在这种要求下按照常规设计的鸭翼，其尺寸/重量/阻力以及操纵系统的功率也会大幅增加；如果希望以动力增升方式增大鸭翼升力，气动干扰就是一道巨大的鸿沟——迄今为止没有一种以此概念设计的飞机成功过，洛克韦尔XFV-12是失败得最彻底的，即使采用低置鸭翼也未能解决不利干扰问题。国内的研究最后也不了了之。


4）近耦鸭式布局的主要优点是：能与机翼产生有利干扰，推迟机翼气流分离，大幅度提高大迎角升力，减小大迎角阻力；通过采用主动控制技术(ACT)，可以减小鸭翼载荷，对减小配平阻力和提高配平升力有利；对重心安排有利；配合大后掠三角翼，纵向面积分布较好，机身后部外形光滑流线，超音速阻力小；更容易实现直接力控制，对提高对空/对地作战效能有利；低空操纵性较好，鸭翼位置靠近飞行员，有利于阵风抑制系统的应用。但其缺点也是明显的：鸭翼在大迎角/鸭翼大偏度时有失速问题，一般采用大后掠小展弦比设计以缓和这一问题，但也造成鸭翼升力系数降低；起降及大过载机动时受鸭翼配平能力限制，不能使用机翼后缘襟翼或只能采用很小的偏度——鸭翼采用大后掠小展弦比设计更加剧了这一问题，如果采用加大鸭翼面积的方法，又会加强鸭翼对机翼的下洗，导致机翼升力损失，只能采用静不稳定设计缓和这一矛盾；采用ACT和亚音速静不稳定设计时，由于存在大迎角低头操纵力矩的要求和鸭翼载荷过大带来的配平阻力增大和最大配平升力降低的问题，和正常式布局相比，鸭式飞机往往不能采用太大的静不稳定度，从而影响其优势的发挥；横向操纵效率不高；同时鸭翼的存在不利于飞机隐身——对于一种强调高机动性的歼击机来说，鸭翼的位置、大小、平面形状很难和隐身要求统一在一起。


5）和正常式边条翼布局相比，近耦鸭式布局的长处在于超音速阻力小，这主要得益于大后掠三角翼、无尾构形和鸭式布局带来的良好纵向面积分布特性；但在涡流增升、放宽静稳定度、外挂点布置、大迎角操纵性等方面，近耦鸭式布局都不见得有优势甚至可能处于劣势。从这个角度来看，影响歼－10选择近耦鸭式布局的原因：一是中国空军特别强调超音速性能；一是当时设计方的技术储备主要集中在近耦鸭式布局；或者两者兼而有之。对于第一点，其实可以从上文定位分析中得到印证。而对于第二点，外界本来是很难了解的，不过幸运的是我们有一个很好的参照物——今天的FC-1，当年的超－7。超－7项目启动时间比歼－10略晚，基本上代表了成飞从80年代末到现在所掌握的正常式边条翼布局相关技术水平。换句话说，如果当年歼－10选择的是正常式边条翼布局，那几乎就是放大版的FC-1。只需看看FC-1能否满足中国空军当年的需求，就可以知道当初选择近耦鸭式布局是否有边条翼技术储备不足的因素在内了。


6）根据公开报道，歼－10和早期的歼－9VI-II有一定的技术继承性。我们知道，歼－9VI-II属于高空高速歼击机。这种飞机采用固定鸭翼设计，主要原因之一就是为了高速配平，为升降副翼卸载，从而减小超音速配平阻力，改善高速性能。作为后继者的歼－10，又同样面临高速拦截的要求和发动机瓶颈的制约，在布局选择上不可避免地会受到前辈的影响。也就是说，歼－10选择近耦鸭式布局，是考虑了高速截击及相关状态下配平和机动的要求的。


在考虑了以上事实之后，笔者有如下推测：歼－10立项的时候，距歼－9下马不过几年时间。将歼－10的定位和歼－9的设计指标相比，再结合中国空军对新一代主战装备的要求，基本可以确定：歼－10降低了对高空高速飞行能力的要求，提高了机动性的要求，并增加了对地攻击能力的要求。要满足高速拦截的要求，正常式边条翼布局对发动机的要求更高，因为超音速阻力（包括配平阻力）相对较大；要满足高机动性要求，正常式边条翼布局和近耦鸭式布局在同等技术水平下表现相当；要满足对地攻击要求（在当时来说主要是载弹量、挂点、低空飞行性能），正常式边条翼布局和近耦鸭式布局各有所长，而且在不明显影响机动性的前提下，这方面要求所占的权重其实是比较小的。考虑到当时中国发动机水平的落后，以及成飞当时在边条翼相关技术储备方面的不足，近耦鸭式布局显然是最能够“以设计方和制造方所掌握的技术，实现使用方的要求”的选择。从投入产出比和技术风险的角度来看，在歼－9技术基础上经过重新设计，结合新开发和引进的技术设备，研制一种新的鸭式飞机来满足空军要求，也是一个非常合理的思路。http://club.mil.news.sina.com.cn/thread-10620-1-1.html

随着歼－10的公开，“近距耦合鸭式布局”这个词在中国军事媒体上可谓红极一时，就连平时对军用飞机不甚“感冒”的同事也会冷不丁冒出来一句“近藕鸭式”，唬得人一愣一愣的。


于是，便有了这样两个问题：近藕鸭式布局是不是最好的布局，比正常式边条翼布局还要好？采用近藕鸭式布局的歼－10是不是比采用其它布局的飞机机动性更好？笔者不止一次被问到这些问题。虽然就笔者对歼－10的感情而言，也非常希望回答两个“YES”，不过很遗憾，在现实中这两个问题根本就没有答案。


俗话说，“条条大路通罗马”，飞机总体布局选择也是一样。当使用方提出了设计需求之后，设计方可以有多种布局供选择。这些布局各有所长，也各有所短；可能可以满足使用方的所有要求，也可能只能满足大部分要求（这种情况是最多见的）。飞机总体布局的选择过程，就是设计方结合设计需求对各类布局的权衡取舍过程。影响决策的因素很多，但归根到底就一条：以设计方和制造方所掌握的技术，能够实现使用方的要求。所以，无论是对设计方还是对使用方来说，没有“最好的气动布局”，只有“适用的气动布局”。


50年代军用飞机冲击2倍音速的时候，大后掠三角翼也曾经大受美国军机厂商的推崇：康维尔F-102/F-106系列，共和XF-103，北美XF-108（最终构形为双三角翼）都选择了三角翼。但大后掠三角翼飞机始终没能赢得美国空军的欢心。是不是说大后掠三角翼飞机就不好呢？这显然没法解释同时代的幻影III和米格－21为何大受欢迎。其实关键就是大后掠三角翼布局（无论无尾式还是正常式），无法满足美国空军的作战需求。在发动机推力不足而又追求最大速度的年代，大后掠三角翼波阻小的优势的确诱人；但当发动机推力不再成为限制飞机最大速度的障碍后，大后掠三角翼对美国空军来说就没有多少吸引力了，反倒是其固有缺点给美国空军一向注重的航程和载弹量带来严重的负面影响。也就是说，美国空军主流战机将大后掠三角翼拒之门外，不是由于这种布局“好”或者“不好”，而是其它布局更适合美国空军的作战需求。当然，对于其它发动机水平滞后的国家，或者不象美国那样强调远程遮断的空军来说，幻影III和米格－21依然是相当不错的选择。


至于飞机的机动性，本身定义涵盖范围就很广，影响因素也有很多，根本无法作出“因为采用了近藕鸭式布局，所以机动性好”这样的结论。即使是在相同技术水平条件下设计出来的不同布局的飞机，也只能说表现各有所长，需要按用户需求进行取舍。


因此，歼－10的总体布局选择，并不是简单的一个“好”字就可以说明的。让我们来看看这样一些事实：


1）鸭式布局的历史和人类航空史一样长，近藕鸭式布局出现于1962年（瑞典Saab-37），以年代来说都不是新鲜事物，后者更不是所谓“三代半”歼击机的特有布局。


2）鸭翼产生正配平升力的说法是有前提条件的，即这种飞机是静稳定的，或者在当时状态下是静稳定的（如超音速状态）。而对于处于静不稳定状态的飞机（放宽静稳定度的现代歼击机进行大载荷机动时往往就处于这种状态）来说，其对比结果恰恰相反：鸭翼产生负配平升力，而正常式飞机的平尾产生正配平升力。也就是说，鸭式布局的升力优势在这种状态下可以说是不存在的。


3）鸭式布局的应用主要有3个目的（可并存）：利用鸭翼正配平升力提高全机升力，这一用途多见于早期鸭式飞机和现代轻型飞机，如美国寇蒂斯XP-55，南航AD-100轻型飞机；解决或缓解超音速配平问题，给飞机俯仰操纵面卸载，减小超音速配平阻力，如美国北美XB-70；利用鸭翼对机翼的有利干扰大幅提高飞机相关性能，即近藕鸭式布局，如瑞典Saab-37。对于第一种目的，国内70年代曾经做过相关研究，即“抬”式布局。但这一布局的问题是：如果鸭翼升力不大，那么全机升力收益非常有限；如果要求鸭翼升力明显增大，那么对机翼的下洗也会加大，从而抵消相当一部分收益。在这种要求下按照常规设计的鸭翼，其尺寸/重量/阻力以及操纵系统的功率也会大幅增加；如果希望以动力增升方式增大鸭翼升力，气动干扰就是一道巨大的鸿沟——迄今为止没有一种以此概念设计的飞机成功过，洛克韦尔XFV-12是失败得最彻底的，即使采用低置鸭翼也未能解决不利干扰问题。国内的研究最后也不了了之。


4）近耦鸭式布局的主要优点是：能与机翼产生有利干扰，推迟机翼气流分离，大幅度提高大迎角升力，减小大迎角阻力；通过采用主动控制技术(ACT)，可以减小鸭翼载荷，对减小配平阻力和提高配平升力有利；对重心安排有利；配合大后掠三角翼，纵向面积分布较好，机身后部外形光滑流线，超音速阻力小；更容易实现直接力控制，对提高对空/对地作战效能有利；低空操纵性较好，鸭翼位置靠近飞行员，有利于阵风抑制系统的应用。但其缺点也是明显的：鸭翼在大迎角/鸭翼大偏度时有失速问题，一般采用大后掠小展弦比设计以缓和这一问题，但也造成鸭翼升力系数降低；起降及大过载机动时受鸭翼配平能力限制，不能使用机翼后缘襟翼或只能采用很小的偏度——鸭翼采用大后掠小展弦比设计更加剧了这一问题，如果采用加大鸭翼面积的方法，又会加强鸭翼对机翼的下洗，导致机翼升力损失，只能采用静不稳定设计缓和这一矛盾；采用ACT和亚音速静不稳定设计时，由于存在大迎角低头操纵力矩的要求和鸭翼载荷过大带来的配平阻力增大和最大配平升力降低的问题，和正常式布局相比，鸭式飞机往往不能采用太大的静不稳定度，从而影响其优势的发挥；横向操纵效率不高；同时鸭翼的存在不利于飞机隐身——对于一种强调高机动性的歼击机来说，鸭翼的位置、大小、平面形状很难和隐身要求统一在一起。


5）和正常式边条翼布局相比，近耦鸭式布局的长处在于超音速阻力小，这主要得益于大后掠三角翼、无尾构形和鸭式布局带来的良好纵向面积分布特性；但在涡流增升、放宽静稳定度、外挂点布置、大迎角操纵性等方面，近耦鸭式布局都不见得有优势甚至可能处于劣势。从这个角度来看，影响歼－10选择近耦鸭式布局的原因：一是中国空军特别强调超音速性能；一是当时设计方的技术储备主要集中在近耦鸭式布局；或者两者兼而有之。对于第一点，其实可以从上文定位分析中得到印证。而对于第二点，外界本来是很难了解的，不过幸运的是我们有一个很好的参照物——今天的FC-1，当年的超－7。超－7项目启动时间比歼－10略晚，基本上代表了成飞从80年代末到现在所掌握的正常式边条翼布局相关技术水平。换句话说，如果当年歼－10选择的是正常式边条翼布局，那几乎就是放大版的FC-1。只需看看FC-1能否满足中国空军当年的需求，就可以知道当初选择近耦鸭式布局是否有边条翼技术储备不足的因素在内了。


6）根据公开报道，歼－10和早期的歼－9VI-II有一定的技术继承性。我们知道，歼－9VI-II属于高空高速歼击机。这种飞机采用固定鸭翼设计，主要原因之一就是为了高速配平，为升降副翼卸载，从而减小超音速配平阻力，改善高速性能。作为后继者的歼－10，又同样面临高速拦截的要求和发动机瓶颈的制约，在布局选择上不可避免地会受到前辈的影响。也就是说，歼－10选择近耦鸭式布局，是考虑了高速截击及相关状态下配平和机动的要求的。


在考虑了以上事实之后，笔者有如下推测：歼－10立项的时候，距歼－9下马不过几年时间。将歼－10的定位和歼－9的设计指标相比，再结合中国空军对新一代主战装备的要求，基本可以确定：歼－10降低了对高空高速飞行能力的要求，提高了机动性的要求，并增加了对地攻击能力的要求。要满足高速拦截的要求，正常式边条翼布局对发动机的要求更高，因为超音速阻力（包括配平阻力）相对较大；要满足高机动性要求，正常式边条翼布局和近耦鸭式布局在同等技术水平下表现相当；要满足对地攻击要求（在当时来说主要是载弹量、挂点、低空飞行性能），正常式边条翼布局和近耦鸭式布局各有所长，而且在不明显影响机动性的前提下，这方面要求所占的权重其实是比较小的。考虑到当时中国发动机水平的落后，以及成飞当时在边条翼相关技术储备方面的不足，近耦鸭式布局显然是最能够“以设计方和制造方所掌握的技术，实现使用方的要求”的选择。从投入产出比和技术风险的角度来看，在歼－9技术基础上经过重新设计，结合新开发和引进的技术设备，研制一种新的鸭式飞机来满足空军要求，也是一个非常合理的思路。