淺談飛機常規(guī)布局與填鴨式布局的利弊

單一雅

摘要：常規(guī)布局和填鴨式布局是飛機氣動布局的主要設計形式，具有不同的特點。本文基于常規(guī)布局與填鴨式布局的利弊分析，希望能讓更多熱愛飛機設計和航天技術的人了解氣動布局方式，為飛機設計技術的進步提供借鑒和參考。

關鍵詞：飛機；氣動；常規(guī)布局；填鴨式布局

氣動布局主要是指合理放置飛機的各個翼面，也決定了飛機最重要的動力系統(tǒng)、座艙和武器的放置位置，不僅有助于優(yōu)化飛機的外形結構，也有助于提升飛機的動態(tài)性能，因此，也被稱為飛機的總體布局。不同用途的飛機，對應不同的設計目標，對機動性能的要求也大不相同，因此，氣動布局必然對應多種不同的方式，才能滿足不同的設計需求。縱觀當前的飛機設計研究成果，氣動布局方式多種多樣，分別是常規(guī)布局、填鴨式布局、無尾布局、三翼面布局和飛翼布局等[1]，不同的布局方式對應不同的機動性能，也具有各自的特殊性和優(yōu)缺點。本文選取常規(guī)布局和填鴨式布局這兩種最主要的飛機氣動布局方式，深入分析這兩種布局方式的優(yōu)缺點，希望能讓更多熱愛飛機設計和航天技術的人了解氣動布局方式，為飛機設計技術的進步提供借鑒和參考。

一、飛機常規(guī)布局的利弊

（一）常規(guī)布局的定義和運用

常規(guī)布局方式，顧名思義，就是飛機氣動布局最常見、最普通的一種方式，主要是主翼面設置在前方，而水平尾翼設置在飛機的后方，并在飛機尾部設置一到兩個垂尾的氣動布局方式[2]。常規(guī)布局是自第一架飛機問世以來，飛機設計師們最常使用的氣動布局方式。在20多年前，有研究人員對傳統(tǒng)的常規(guī)布局方式進行了改善，在飛機翼前根部微微靠近機身兩側(cè)的地方增添一篇大后掠角圓弧形的機翼面積，在保留原有穩(wěn)定性的基礎上，大幅度提升飛機大迎角狀態(tài)的上升力度，增強動力性能[3]。現(xiàn)有的很多新式戰(zhàn)斗機都紛紛采用這種改進后的常規(guī)布局方式，例如俄羅斯的米格-29、蘇27側(cè)衛(wèi)和美國—洛克希德馬丁公司：F22猛禽等戰(zhàn)斗機型。這種一字型飛機所采用的常規(guī)布局方式，具有很強的近距離格斗能力。除了戰(zhàn)斗機以外，常規(guī)布局方式也被廣泛運用于客機和貨機。

（二）常規(guī)布局的利弊分析

常規(guī)布局最大的優(yōu)點是技術成熟，這是航空發(fā)展史上最早廣泛使用的布局，理論研究已經(jīng)非常完善，生產(chǎn)技術也成熟而又穩(wěn)定，同其他氣動布局相比各項性能比較均衡，所以目前無論是民用飛機還是軍用飛機絕大多數(shù)使用這種氣動布局。同其他氣動布局相比各項性能比較均衡。只是由于均衡所以也沒有特別出色的地方。

二、飛機填鴨式布局的利弊

（一）鴨式布局的定義和運用

所謂的填鴨式布局主要是針對某些戰(zhàn)斗機，為了提升戰(zhàn)斗機的機動性能而做的特別設計，因為飛機飛起來像一只鴨子，因此被取名為“填鴨式布局”。這一布局方式的應用最早可以追溯到二戰(zhàn)時期，前蘇聯(lián)的飛機設計師嘗試將水平尾翼設置在主翼前面的頭部兩端，使用更小的翼面卻能達到相同的操作效果，與此同時，飛機前翼和機翼部位將同時產(chǎn)生上升力，避免了水平尾翼在俯仰過程中產(chǎn)生的負升力。這樣一來，采用填鴨式布局的飛機將獲得更大的升力，操控速度更快，機身變動更靈活。此外，在大迎角狀態(tài)下，鴨翼僅需少量的上升力就能夠卸載控制面，增強大迎角狀態(tài)下的可控性，避免因為過度抬頭而導致飛行不穩(wěn)和飛機失控的狀況[4]。鴨式布局目前僅在戰(zhàn)斗機上采用，適合超音速飛行，瑞典研制的國土防空戰(zhàn)斗機，大多數(shù)都采用了填鴨式布局，此外還有以色列的幼師系列戰(zhàn)斗機、俄羅斯的Su-47金雕和米格1.44，但目前世界上最為先進的填鴨式布局戰(zhàn)斗機為中國的殲-20第五代戰(zhàn)機。

（二）填鴨式布局的利弊分析

相較于常規(guī)布局，填鴨式布局下的飛機具有更強的可控性和可操作性，機動性能更強。飛機的鴨翼除了用以產(chǎn)生渦流外，還用于改善跨音速過程中安定性驟降的問題，同時也可減少配平阻力、有利于超音速空戰(zhàn)。有了這個鴨翼，無尾布局的缺點得到明顯改善，高速飛行時更加穩(wěn)定，起降距離明顯縮短，甚至機動性能比常規(guī)布局更加出色。而且前翼和機翼可以同時產(chǎn)生升力，而不像水平尾翼那樣，平衡俯仰力矩多數(shù)情況下會產(chǎn)生負升力。鴨式布局的飛機的短距起降性能更強，因為它們在低速度狀況下也能獲得較高的升力。鴨式布局的飛機在高速飛行中有著更高的穩(wěn)定性，機動性也要比常規(guī)布局飛機更加出色。在降落時，鴨翼還可偏轉(zhuǎn)一個很大的負角，起減速板的作用。但鴨翼調(diào)整時會增加戰(zhàn)機的雷達反射面積，不利于隱身，且鴨翼明顯易成為打擊的主要目標[5]。鴨翼一旦受損則會立即影響升力大小，機動性降低，甚至于失速墜毀。因此美國追求的極致隱身就讓美國放棄了加強機動格斗性能優(yōu)異的鴨式布局，所以我們看到美國的新一代戰(zhàn)機F-22與F-35都沒有使用鴨式布局。俄羅斯的最新一代T-50也沒使用鴨式布局，而唯有中國在4代戰(zhàn)機上大膽嘗試，孰優(yōu)孰劣，還要通過實戰(zhàn)考驗。

綜上所述，常規(guī)布局由于發(fā)明時間最早，研究是實踐的時間最常，因此，成為最成熟和穩(wěn)定的一項氣動布局技術，但因為過于常規(guī)化，導致不可替代性較弱。而填鴨式是對常規(guī)布局的改進，主要運用在戰(zhàn)斗機上，對提升戰(zhàn)斗機的可控性、穩(wěn)定性和靈活性具有不可替代的作用和價值。然而，由于鴨翼的運用，也使得填鴨式布局的戰(zhàn)斗機隱身能力較弱，一旦被發(fā)現(xiàn)，就極容易成為打擊對象，加大作戰(zhàn)中的風險。無論是何種氣動布局方式，都具有明顯的優(yōu)缺點，也適用于不同的飛機種類和飛機用途。我們唯有持續(xù)深入地對其展開研究，查漏補缺，揚長避短，才能在完善性能的基礎上，提升飛機的機動性和使用效果，提高我國飛機研究和設計水平，并在國際上占據(jù)領先地位，對維護我國的航空安全具有重要意義。

參考文獻：

[1]白小文.幾種常見飛機氣動布局氣動性能[J].中外企業(yè)家.2015 （5X）：201

[2]王紅波等.垂直起降飛機新型氣動布局設計分析[J].西北工業(yè)大學學報.2017 （2）：189-196

[3]劉國庫等.前機身對飛機大迎角氣動特性的影響[J].飛機設計.2011 （6）：6-9，15

[4]張浩，彭星萍.填鴨式氣動布局特性研究[J].大眾科技.2015 （5）：74-77

[5]韓念宏.模型飛機新型布局方案研究[J].經(jīng)濟技術協(xié)作信息.2013 （24）：93