鴨式飛機(jī)與它的“小耳朵”

飛機(jī)的尾翼通常由水平尾翼和垂直尾翼組成。按水平尾翼的有無和前后位置，飛機(jī)被分為正常式飛機(jī)（水平尾翼在機(jī)翼之后）、鴨式飛機(jī)（沒有水平尾翼，機(jī)翼前有一對(duì)小翼）和無尾飛機(jī)，其中鴨式飛機(jī)機(jī)翼前面那對(duì)小翼，也被稱為鴨翼或前翼。

現(xiàn)代飛機(jī)氣動(dòng)布局的鼻祖

1903年，萊特兄弟研制并在美國北卡羅來納州試飛成功世界上第一架有動(dòng)力的飛機(jī)。這架飛機(jī)被稱為“飛行者1號(hào)”，它自帶一臺(tái)8.8千瓦的內(nèi)燃機(jī)和一副滑橇，擁有前小后大兩副機(jī)翼，是一架名副其實(shí)的雙翼飛機(jī)。

這架雙翼飛機(jī)采用了升降舵在前、方向舵在后的布局方式，這種布局方式與現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)經(jīng)常采用的機(jī)翼前面裝鴨翼的布局方式一樣，都屬于鴨式布局。由于飛行者1號(hào)是世界上誕生的第一架真正意義上的飛機(jī)，因此有鴨式布局是現(xiàn)代飛機(jī)氣動(dòng)布局鼻祖的說法，采用鴨式布局的飛機(jī)也被稱為鴨式飛機(jī)。

鴨式飛機(jī)：

沒有平尾的飛機(jī)

尾翼是裝在飛機(jī)尾部，起平衡、穩(wěn)定作用，是用于操縱飛機(jī)以保持和改變飛行姿態(tài)的部件。大多數(shù)飛機(jī)的尾翼由垂直尾翼和水平尾翼（簡稱“平尾”）組成，目前也有少數(shù)超音速戰(zhàn)斗機(jī)使用兼具水平尾翼和垂直尾翼雙重功能的V型尾翼。

正常式飛機(jī)的水平尾翼通常在機(jī)翼后，鴨式飛機(jī)沒有水平尾翼，而是在機(jī)翼前面增加了一對(duì)小翼面，即鴨翼，這是鴨式飛機(jī)一個(gè)明顯特點(diǎn)。

何為水平尾翼

水平尾翼是幫助飛機(jī)維持縱向平衡、穩(wěn)定和操縱的翼面。其前半部分通常是固定的，稱為水平安定面；后半部分可以上下偏轉(zhuǎn)，稱為升降舵，一般升降舵的后緣還會(huì)裝有調(diào)整片。

對(duì)于很多大型飛機(jī)來說，為了保持飛行中的穩(wěn)定性，往往會(huì)將其水平尾翼的水平安定面設(shè)計(jì)成可變安裝角，這種類型的水平尾翼也被稱為可調(diào)水平尾翼。在超聲速飛機(jī)上，水平尾翼整體都可以通過操縱來實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)的被稱為全動(dòng)平尾。

鴨翼：平衡力矩 增大升力

一般情況下，飛機(jī)迎角（又稱攻角，是翼型或機(jī)翼在縱向?qū)ΨQ平面的翼弦或者高速飛行器機(jī)體縱軸與前方自由來流方向的夾角）增大時(shí)會(huì)產(chǎn)生低頭力矩（力矩是用來描述力對(duì)物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的物理量），需要由水平尾翼產(chǎn)生的負(fù)升力的力矩來平衡。在鴨式飛機(jī)上，平衡力矩則是由鴨翼的附加正升力構(gòu)成的。在大迎角時(shí)，水平尾翼會(huì)減小全機(jī)升力，鴨翼則能增大全機(jī)的升力，例如，采用小展弦比、大后掠角三角翼和鴨翼的超音速飛機(jī)，其在大迎角飛行時(shí)，三角翼和鴨翼都會(huì)產(chǎn)生翼尖渦流，鴨翼的翼尖渦流經(jīng)過三角翼的上表面，可以改善后者的空氣動(dòng)力性能。利用二者之間產(chǎn)生的這種有益的氣流干擾，可以大大提高飛機(jī)在大迎角下的升力系數(shù)，進(jìn)而節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)推力。

鴨式飛機(jī)重現(xiàn)光彩

鴨式飛機(jī)上的前翼可以由固定部分和升降舵組成，也可以將其設(shè)計(jì)為全動(dòng)式前翼，起俯仰操縱和維持平衡的作用；還可以僅保留固定部分，將其設(shè)計(jì)為固定式前翼。在這種情況下，飛機(jī)的俯仰操縱主要由機(jī)翼后緣的升降副翼來完成，前翼的作用僅限于配平，即可使飛機(jī)在飛行中保持平衡狀態(tài)，達(dá)到飛機(jī)的重心與升力、推力、阻力等力的平衡。

在飛行中，采用鴨式布局的飛機(jī)雖然具有阻力小、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但它不像水平尾翼能保持天然的穩(wěn)定性。因此，雖然鴨式布局很早就出現(xiàn)，但并沒有得到廣泛應(yīng)用，帶水平尾翼的常規(guī)布局則憑借穩(wěn)定性和強(qiáng)可操縱性成為飛機(jī)設(shè)計(jì)中的主流布局，被各種飛機(jī)使用。隨著噴氣時(shí)代的到來，人們發(fā)現(xiàn)鴨式布局相比常規(guī)布局更適合超音速戰(zhàn)斗機(jī)，于是鴨式飛機(jī)又得以在戰(zhàn)斗機(jī)領(lǐng)域大放異彩。

鴨式飛機(jī)以其獨(dú)特設(shè)計(jì)展現(xiàn)了航空工程領(lǐng)域的無限可能，未來，在科技推動(dòng)下，或許還會(huì)衍生出更多意想不到的革命性概念。

（責(zé)任編輯 / 王佳璇 高琳 美術(shù)編輯 / 周游）