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战斗机鸭翼设计中的近距耦合和远距耦合各有什么优缺点?

Weave 2019-11-18 历史

我的回答不知道为什么不显示出来,我一共回答了三次,有点无奈。

鸭翼一般分为近距耦合和远距耦合两种,教科书上没有中距耦合这一说法。

首先来说一下,鸭翼总体上的优点,鸭翼一般来说都是搭配三角翼,这样设计可以减小超音速波阻,这样设计对飞机的超音速性能是有利的。

对于近距鸭翼来说,增升是主要的,对于许多鸭翼机来说,升力曲线斜率很低,这也就意味着,必须要达到较大的攻角才能有较高的升力系数(升力,阻力系数是随攻角和速度变化的函数)



J10就是典型的近距耦合鸭翼。

所以添加近距耦合鸭翼,增加升力系数的话,就可以实现短距起降。

远距鸭翼一般都与主翼在同一平面上,比如台风,这个主要是为了超音速配平。

也就是说远距鸭翼机在气动布局上来说,是很注重超音速性能的飞机。

其次是缺点,鸭翼的缺点很明显,第一,俯仰配平效率较低,因为到达重心的距离相比于平尾更近,所以要想达到与平尾相同的俯仰配平效率,鸭翼往往要偏转更大角度,或者加大面积。而这两种无论哪一种都会增加配平阻力。这对升阻比是不利的。

由于这一点,你可以发现,任何无TVC的鸭翼机都是没有过失速机动能力的。主要就是因为俯仰配平效率,鸭翼机可控攻角很低。

珠海航展上的带TVC的J10b是唯一表演过过失速机动能力的鸭翼机。

第二,由于搭配三角翼,三角翼翼形的特点就是大后掠角,小展弦比,而这样的翼形在亚音速状态下往往有更高的诱导阻力,这是很不利于亚音速升阻比的。

所以大部分的鸭翼机能量机动性可能较差,这就意味着,鸭翼机在稳盘,加速性,爬升可能都全方位的较差。

除非是像台风一样,有很高的推重比,否则除了瞬盘以外,大部分的鸭翼机在亚音速状态下的机动能力都较差。

瞬盘是因为,基本所有的鸭翼机都是三角翼设计,三角翼的一个好处就是翼载较低(当然并不绝对,需要看载荷)最大升力系数较高,鸭翼机比较擅长瞬盘。



上图是定常平飞状态下,SEP得推导公式,SEP大小与推重比和升阻比直接挂钩。

第三,虽然近距鸭翼主要是为了增加部分升力系数,但是增加幅度不如常规布局加大边条,而且配合三角翼往往有更大阻力系数,这对发动机带来的挑战更大一些。







第四,虽然远距耦合的鸭翼波阻较少,更适合超音速,但是决定飞机性能的不止气动设计,材料强度结构设计等也很关键。

虽然超音速波阻较大,常规布局相比于远距鸭翼不适合超音速,但这是非常学院化的结论。

例如F-22,F-22虽然不是远距鸭翼+三角翼的布局,但由于TVC参与俯仰配平,在超音速下升阻比反而超过了鸭翼+三角翼。

第五,鸭翼对前向RCS有影响,上世纪90年代NASA委托波音做研究,只要是有鸭翼的飞机,就有RCS poor的评价结果。



最后一行。

这是因为相对于常规布局,巨大的主翼占据前方位置时,会对后方的平尾产生遮蔽效果,我们称之为占位效应。

国内西工大的论文。

鸭翼有它的好处,也有它的不利影响,后掠翼机型中,不可能有既擅长超音速,也擅长亚音速的结果。只能提出其中一个,或者均衡两种性能。

但是在这里要提到的还是,气动布局不止局限于机翼的设计,而且气动布局并不直接决定一架飞机的性能,这个之前的F-22就是明显的例子。

大致就是以上内容,欢迎讨论。

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