作戰飛機氣動布局的發展

葉壽忠

人類探索飛行的實踐是從模仿鳥的飛行開始的。人首先認識到，要飛起來，必須有翅膀。翅膀的形狀和翅膀的運動規律是這一時期研究的主要對象。在研究翅膀形狀的過程中，人們發現，鳥的翅膀的面積、彎度和速度對其飛起來至關重要。早期飛機的翼型和平面形狀跟鳥的非常相似，人們模仿鳥類的撲扇動作，希望能像鳥一樣飛起來，但是人們沒有成功，其原因是撲翼的飛行原理非常復雜，至今我們還沒有見到成功的撲翼機的例子。

人類能成功地在空中飛行一段距離是在出現了固定翼以后。當人們看到空中展翅的鳥，不用撲扇翅膀，也能在空中飛行時，固定翼的想法自然就產生了，于是滑翔機誕生了。

1903年，美國萊特兄弟把汽車的引擎安裝在了滑翔機上，實現了人類的第一次有動力的飛行，此后，人類對飛行的探索進入了一個嶄新的時期。

在滑翔機時代和動力飛機的初期，飛機的速度都不大，怎樣獲得足夠的升力是這一時期追求的的一個主要目標。這一時期機翼的特點是：彎度較大，平直翼，機翼面積比較大（甚至是雙層機翼），機身簡單。

隨著發動機性能的改進，飛機的升力問題很快就解決了。但是在進一步提高飛行速度的過程中，阻力問題成為了這一時期的主要難題。飛機的阻力不僅隨速度的平方正比例地增加，而且在速度接近音速時，會有額外的增加，“音障”曾經成為飛機難以跨越的障礙。最早減小阻力的措施是利用橢圓機翼來減小誘導阻力，翼身的流線形減小粘性壓差阻力和摩擦阻力，這些措施在低速飛行中非常有效，高速飛行，阻力仍然很大。鳥俯沖時將翅膀向后收起給了人們很大的啟示，人們在飛機設計中采用了后掠角布局，這種氣動布局最終解決了高速飛行中阻力大的問題，大大提高了飛機的飛行速度。

后掠角的設計雖然解決了高速飛行中的阻力問題，但是它帶來了新的問題，尤其是大后掠角的飛機，那就是：這種布局的飛機低速飛行時升力小。這個問題直接導致了這種飛機的起飛著陸性能很差，起飛、著陸的速度和滑跑距離都比較長。于是人們希望能得到一種既能飛得快、低速性能有非常好的飛機。邊條翼、鴨式翼布局的出現，成功地解決了后掠翼帶來的這一系列問題，它們都是利用脫體渦的特性。

現代戰機基本上都采用了邊條翼和鴨翼的氣動布局來提高飛機起飛、著陸和低速飛行時的性能。在邊條翼和鴨式翼布局之前，人們還曾使用過可變后掠翼的飛機，由于結構的復雜和強度不夠等原因，這種方向的嘗試暫時中止了。此外，一些國家還設計制造出了前掠翼布局飛機，如俄羅斯第四代戰機s-37。這種布局也能減小飛機高速飛行時的阻力，其原理和正常的后掠翼一樣，但這種氣動布局避免了后掠翼飛機的翼尖失速這一問題，這也是這種氣動布局的優點之一。