【簡介：】 大千世界千變?nèi)f化，飛機也是形態(tài)各異，大的、小的、胖的、瘦的，四個翅膀的、兩個翅膀的甚至還有一個翅膀的，打個比方，飛機的式樣就像寵物狗一樣，當真是品種豐富，血統(tǒng)復雜。俗話說
大千世界千變?nèi)f化，飛機也是形態(tài)各異，大的、小的、胖的、瘦的，四個翅膀的、兩個翅膀的甚至還有一個翅膀的，打個比方，飛機的式樣就像寵物狗一樣，當真是品種豐富，血統(tǒng)復雜。俗話說外行看熱鬧，內(nèi)行看門道，既然飛機的外觀是空氣動力原理決定的，那么這么多種飛機的形狀在飛機設(shè)計中就有個稱謂，叫做空氣動力布局。
蘇－27的邊條使之具有不亞于鴨式布局飛機的大迎角飛行操縱性，以至于可以做出
“普加契夫眼鏡蛇”這樣的高難度動作。
我們看到任何一架飛機，首先注意到的就是氣動布局。簡單地說，氣動布局就是指
飛機的各翼面，如主翼、尾翼等是如何放置的，氣動布局主要決定飛機的機動性，至于
發(fā)動機、座艙以及武器等放在哪里的問題，則籠統(tǒng)地稱為飛機的總體布局。
飛機的設(shè)計任務不同，機動性要求也不一樣，這必然導致氣動布局形態(tài)各異?，F(xiàn)代
作戰(zhàn)飛機的氣動布局有很多種，主要有常規(guī)布局、無尾布局、鴨式布局、三翼面布局和
飛翼布局等。這些布局都有各自的特殊性及優(yōu)缺點。
EF－2000“臺風”的前翼只有很小的面積，卻有很大的作用。
常規(guī)布局
自從萊特兄弟發(fā)明第一架飛機以來，飛機設(shè)計師們通常將飛機的水平尾翼和垂直尾翼都
放在機翼后面的飛機尾部。這種布局一直沿用到現(xiàn)在，也是現(xiàn)代飛機最經(jīng)常采用的氣動布局，因此稱之為“常規(guī)布局”。
20多年前，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果在機翼前沿根部靠近機身兩側(cè)處增加一片大后掠角圓弧
形的機翼面積，就可以大為改善飛機大迎角狀態(tài)的升力。這增加的部分在我國一般叫做“邊條”。新式戰(zhàn)斗機很多都采用這種布局，如俄羅斯的米格－29、蘇－27、美國的F－22、F－16、F－18等。只要看到一型飛機采用了邊條的設(shè)計，就可推測到這型飛機是強調(diào)近距離格斗性能，適合大迎角、大過載機動飛行的。
美國的飛機一直鐘情于常規(guī)布局。雖然美國通過X－31試驗機已經(jīng)獲得了鴨式布局設(shè)計
的要領(lǐng)，但在新一代戰(zhàn)斗機F－22亮相時，大家看到的仍然是常規(guī)布局。
無尾布局
通常說的“無尾布局”，是指無水平尾翼，垂直尾翼還是有的。這種布局，在第二次世界大戰(zhàn)時就開始實用了。德國的火箭動力戰(zhàn)斗機Me－163就是這種布局。60年代采用這種布局的飛機比較多，如法國的“幻影”Ⅲ、美國的F－102、F－106、英國的“火神”式轟炸機等。在無尾布局的飛機上，副翼兼顧了平尾的作用。省去了平尾，可以減少飛機的重量和阻力，使之容易跨過音速阻力突增區(qū)，其缺點主要是起降性能差。
無尾布局的飛機高空高速性能好，適合做截擊機用。但其低空區(qū)音速機動性能差，不符
合現(xiàn)代飛機發(fā)展趨勢，正逐漸被鴨式布局所取代。
鴨式布局
鴨式布局，是一種十分適合于超音速空戰(zhàn)的氣動布局。早在二戰(zhàn)前，前蘇聯(lián)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如
果將水平尾翼移到主翼之前的機頭兩側(cè)，就可以用較小的翼面來達到同樣的操縱效能，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。早期的鴨式布局飛起來像一只鴨子，“鴨式布局”由此得名。
采用鴨式布局的飛機的前翼稱為“鴨翼”。戰(zhàn)機的鴨翼有兩種，一種是不能操縱的，其功能是當飛機處在大迎角狀態(tài)時加強機翼的前緣渦流，改善飛機大迎角狀態(tài)的性能，也有利于飛機的短矩起降。真正有可操縱鴨翼的戰(zhàn)機目前有歐洲的EF－2000、法國的“陣風”、瑞典的JAS－39等。這些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)。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。據(jù)稱，俄羅斯下一代
的飛機也考慮使用鴨式布局。
三翼面布局
在常規(guī)布局的飛機主翼前機身兩側(cè)增加一對鴨翼的布局稱為“三翼面布局”。俄羅斯的蘇－34、蘇－35和蘇－37都采用這種布局。美國在F－18上也試過這種布局，但沒有發(fā)展為生產(chǎn)型號。
三翼面布局的前翼所起的作用與鴨式布局的前翼相同，使飛機跨音速和超音速飛行時的
機動性較好。但目前這種布局的飛機大多是用常規(guī)布局的飛機改裝成的。三翼面布局的缺點
是增加了鴨翼，阻力和重量自然也會增大，電傳操縱系統(tǒng)也會復雜一些。不過這種布局對改
進常規(guī)布局戰(zhàn)機的機動性會有較好的效果。
飛翼布局
早在二戰(zhàn)期間，美國和德國就開始研究這種布局的飛機?，F(xiàn)代采用飛翼布局的最新式飛機，就是大名鼎鼎的美國B－2隱型轟炸機。由于飛翼布局沒有水平尾翼，連垂直尾翼都沒有，只是像一片飄在天空中的樹葉，所以其雷達反射波很弱，據(jù)說B－2在雷達上的反射面積只有同類大小飛機的百分之一。
過去，飛機沒有電傳操縱系統(tǒng)，也沒有計算機幫助飛機員操縱飛機，因此，飛翼式飛機的飛行控制問題一直難以解決?，F(xiàn)代化的B－2采用一套新式的副翼系統(tǒng)來進行方向操縱（請參照上一期今日軍事的B－2圖片）。這種副翼由上下兩片合成，兩片副翼可以分別向上或向下偏轉(zhuǎn)，也可以兩片合起來同時向上或向下偏轉(zhuǎn)。當飛機需要轉(zhuǎn)向時，一側(cè)的副翼就張開，增加這一側(cè)機翼的阻力，飛機就得到了偏轉(zhuǎn)的力；如果飛機兩側(cè)副面張開相等角度，兩側(cè)機翼都增加阻力，就起到減速板的作用；如果副翼面上下兩片結(jié)合起來一齊偏轉(zhuǎn)，機翼一側(cè)的副翼向上，另一側(cè)的副翼向下，則起副翼作用，使飛機傾斜；如果左右兩側(cè)的副
翼同時向上或向下偏轉(zhuǎn)，則這對副翼就能發(fā)揮升降舵的作用。這種多功能舵面主要用來保持或改變飛機的航向，所以稱為“阻力方向舵”。
類似B－2這樣的飛翼布局，其空氣氣動力效率高、升阻比大、隱身性能好，但機動性差、操縱效能低，所以這種局面目前只適用于轟炸機。
氣動布局形式是氣動布局設(shè)計中首先需要考慮的問題。目前飛機設(shè)計中主要采用的包括
以下幾種：
正常布局；
鴨式布局；
變后掠布局；
三翼面布局；
無平尾布局；
無垂尾布局；
飛翼布局。
正常布局是迄今為止被使用最多的一種布局形式，目前仍然被應用于各類飛機之上。
鴨式布局在早期未能得到足夠的重視，但隨著超音速時代的來臨，鴨式布局的優(yōu)點逐漸
為人們所認識。目前廣泛應用于戰(zhàn)斗機之上的近距鴨式布局利用鴨翼與機翼的前緣分離
渦之間相互有利干擾使渦系更加穩(wěn)定，推遲了渦的破裂，為大迎角飛行提供了足夠的渦
升力，顯著的提高了戰(zhàn)斗機的機動性。此外，采用ACT和靜不穩(wěn)定的鴨式布局的優(yōu)點則更
為突出。
變后掠布局較好的兼顧了飛機分別在高速和低速狀態(tài)下對氣動外形的要求，在六七十年
代曾得到廣泛應用，但由于變后掠結(jié)構(gòu)所帶來的結(jié)構(gòu)復雜性、結(jié)構(gòu)重量的激增，再加上
其它一些更為簡單有效的協(xié)調(diào)飛機高低速之間矛盾的措施的使用，在新發(fā)展的飛機中實
際上已經(jīng)很少有采用這種布局形式的例子了。
三翼面布局形式可以說最早出現(xiàn)在六十年代初，米高揚設(shè)計局由米格-21改型而得的Е-
6Т3和Е-8試驗機。三翼面的采用使得飛機機動性得到提高，而且宜于實現(xiàn)直接力控制
達到對飛行軌跡的精確控制，同時使飛機在載荷分配上也更趨合理。
無平尾、無垂尾和飛翼布局也可以統(tǒng)稱為無尾布局。對于無平尾布局，其基本優(yōu)點為：
超音速阻力小和飛機中兩較輕，但其起降性能及其它一些性能不佳，總之以常規(guī)觀點而
言，無尾布局不能算是一種理想的選擇。然而，隨著隱身成為現(xiàn)代軍用飛機的主要要求
之一以及新一代戰(zhàn)斗機對超音速巡航能力的要求，使得無尾——特別是無垂尾形式的戰(zhàn)
斗機方案越來越受到更多的重視。
對于一架戰(zhàn)斗機而言，實現(xiàn)無尾布局將帶來諸多優(yōu)點。首先是飛機重量顯著減少；其次
，因為取消尾部使全機質(zhì)量更趨合理地沿機翼翼展分布，從而可以減小機翼彎曲載荷，
使結(jié)構(gòu)重量進一步減輕；另外，尾翼的取消可以明顯減小飛機的氣動阻力，同常規(guī)布局
相比，其型阻可減小60%以上；不言而喻，取消尾翼之后將使飛機的目標特征尺寸大為減
小，隱身性能得到極大提高；最后尾翼的取消同時減少了操縱面、作動器和液壓系統(tǒng)，
從而也改善了維修性和具有了更低的全壽命周期成本。
在有垂尾的常規(guī)飛機上，垂尾的作用是提供偏航/滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，尤其是偏航穩(wěn)定性，此外
垂尾的方向舵還參與飛機的偏航控制。取消垂尾之后，飛機將變?yōu)楹较蜢o不穩(wěn)定，同時
喪失偏航控制能力。采用放寬靜穩(wěn)技術(shù)之后，無垂尾飛機可以是航向靜不穩(wěn)的，但不能
是不可控的。針對這一問題可以采用推力矢量技術(shù)加以解決。推力矢量技術(shù)作為新一代
戰(zhàn)斗機高機動性的主要動力目前已經(jīng)得到了較為完善的發(fā)展，大量實驗都證明，在無垂
尾的情況下，推力矢量具有足夠有效的操縱功能。
一個不容忽視的問題是，推力矢量系統(tǒng)發(fā)生故障或者在作戰(zhàn)中受傷后飛機如何操縱。在
最低的要求下，推力矢量系統(tǒng)失效后飛機至少還應具有安全返航的能力，因此無垂尾飛
機的平飛、不太劇烈的轉(zhuǎn)彎機動以及著陸所需的偏航控制能力應該能夠由氣動力控制來
滿足。作為無尾飛機的余度保險操縱方式之一的是與傳統(tǒng)機翼設(shè)計方法完全不同的所謂
“主動氣動彈性機翼”（AAW）。在傳統(tǒng)機翼設(shè)計中，一般都要保證剛度以使機翼變形最
小，而AAW利用機翼的柔度作為一種對飛機進行操縱的方式，它通過使整個機翼發(fā)生一定
的變形而得到操縱飛機所需的氣動力。通常規(guī)舵面相比，AAW具有效率高而翼面變形小的
特點。除了AAW技術(shù)之外，還有其它一些傳統(tǒng)非傳統(tǒng)的氣動操縱方式也可以推力矢量系統(tǒng)
的余度保險和補充。它們包括開裂式副翼、機翼擾流板、全動翼梢、差動前翼、非對稱
機頭邊條、擾流片-開縫-折流板（SSD）、前緣襟翼等等。
無論是采用AAW還是采用氣動操縱面的方式，無尾飛機都需要有全新的飛行控制律。無尾
飛機在縱向和航向都將是靜不穩(wěn)定的，這就要求飛機上的各類操縱裝置共同協(xié)作產(chǎn)生所
需的各種力和力矩，各操縱裝置還將存在各種線性或非線性的相互干擾，使得控制律變
得相當復雜。此外在部分操縱裝置失效的情況下，剩下的操縱裝置需要實時重新構(gòu)型，
并且需要實時地采用新的控制律，即所謂“重構(gòu)系統(tǒng)”。這些都是無尾飛機設(shè)計中需要
加以解決的問題。
常規(guī)機翼的設(shè)計采用由操縱面產(chǎn)生操縱力、操縱力矩的方式控制飛機的運動。因為機翼
的剛度不足而帶來的氣動彈性效應將減弱操縱面的效能，同時使機翼的顫振特性變差，
為使這種操縱方式有效的發(fā)揮其作用，在設(shè)計中就必須使機翼具有足夠的剛度，由此也
必然使機翼的結(jié)構(gòu)顯著重量增加，造成整機重量上升。
隨著主動控制技術(shù)（ACT）的發(fā)展成熟及其在航空技術(shù)中的廣泛運用，利用結(jié)構(gòu)的柔度使
機翼產(chǎn)生一定的變形從而控制飛機運動的方法得以成為可能，這就是所謂“主動氣動彈
性機翼（AAW）”。與常規(guī)機翼設(shè)計思路不同，AAW允許機翼進行大幅度的氣動扭轉(zhuǎn)，在
全權(quán)限、快速響應的主動控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下，多個前后緣操縱面協(xié)調(diào)偏轉(zhuǎn)，主動使
機翼發(fā)生所期望的彈性變形，由變形的機翼產(chǎn)生操縱力，從而控制飛機的運動。因為在
AAW中控制力由整個機翼而非幾個操縱面產(chǎn)生，所以只要設(shè)計合理，操縱面僅需偏轉(zhuǎn)很小
的角度（ ）即可提供足夠的操縱力，而此時機翼的扭轉(zhuǎn)變形較傳統(tǒng)機翼還要小。
AAW通過主動有效地控制機翼的柔度達到控制飛機運動的目的，其關(guān)鍵技術(shù)包括ACT和氣
動伺服彈性（ASE）技術(shù)，涉及氣動、結(jié)構(gòu)、控制等多門學科，是ASE、ACT、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、
機翼設(shè)計、傳感器、測量技術(shù)、計算技術(shù)等多項技術(shù)的綜合。采用AAW之后可以獲得很大
的收益，目前確知的包括：
顯著增強控制能力；
全飛行包線內(nèi)減小氣動阻力；
減小機翼結(jié)構(gòu)重量；
抑制顫振和提高顫振臨界速度；
陣風與機動載荷減緩。
目前AAW的研究已經(jīng)取得了一定的成果，其優(yōu)點也得到了驗證。將AAW應用于F/A-18的機
翼后，在性能不變的情況下，其結(jié)構(gòu)重量下降48%，扭轉(zhuǎn)剛度可以降低40%；又如將AAW應
用于F-16的機翼，機翼外段剛度可降低25%，結(jié)構(gòu)重量降低20%，在高速壓下控制效能卻
提高了10%。
AAW的優(yōu)點將給飛機控制方法帶來一場變革，作為無尾布局飛機的最佳輔助控制手段，使
得AAW成為未來航空技術(shù)的一項關(guān)鍵技術(shù)。
