【簡介：】　　大千世界千變?nèi)f化，飛機(jī)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(jī)的式樣就像寵物狗一樣，當(dāng)真是品種豐富，血統(tǒng)復(fù)雜。俗話說

　　大千世界千變?nèi)f化，飛機(jī)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(jī)的式樣就像寵物狗一樣，當(dāng)真是品種豐富，血統(tǒng)復(fù)雜。俗話說外行看熱鬧，內(nèi)行看門道，既然飛機(jī)的外觀是空氣動力原理決定的，那么這么多種飛機(jī)的形狀在飛機(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)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(jī)的機(jī)動性，至于
　　發(fā)動機(jī)、座艙以及武器等放在哪里的問題，則籠統(tǒng)地稱為飛機(jī)的總體布局。
　　飛機(jī)的設(shè)計任務(wù)不同，機(jī)動性要求也不一樣，這必然導(dǎo)致氣動布局形態(tài)各異?，F(xiàn)代
　　作戰(zhàn)飛機(jī)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(fēng)”的前翼只有很小的面積，卻有很大的作用?！　?br>
　　常規(guī)布局
　　自從萊特兄弟發(fā)明第一架飛機(jī)以來，飛機(jī)設(shè)計師們通常將飛機(jī)的水平尾翼和垂直尾翼都
　　放在機(jī)翼后面的飛機(jī)尾部。這種布局一直沿用到現(xiàn)在，也是現(xiàn)代飛機(jī)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(jī)翼前沿根部靠近機(jī)身兩側(cè)處增加一片大后掠角圓弧
　　形的機(jī)翼面積，就可以大為改善飛機(jī)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(jī)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(jī)采用了邊條的設(shè)計，就可推測到這型飛機(jī)是強(qiáng)調(diào)近距離格斗性能，適合大迎角、大過載機(jī)動飛行的。
　　美國的飛機(jī)一直鐘情于常規(guī)布局。雖然美國通過X－31試驗機(jī)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(jī)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(jī)Me－163就是這種布局。60年代采用這種布局的飛機(jī)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(jī)等。在無尾布局的飛機(jī)上，副翼兼顧了平尾的作用。省去了平尾，可以減少飛機(jī)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(jī)高空高速性能好，適合做截?fù)魴C(jī)用。但其低空區(qū)音速機(jī)動性能差，不符
　　合現(xiàn)代飛機(jī)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(jī)頭兩側(cè)，就可以用較小的翼面來達(dá)到同樣的操縱效能，而且
　　前翼和機(jī)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(fù)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(jī)的前翼稱為“鴨翼”。戰(zhàn)機(jī)的鴨翼有兩種，一種是不能操縱的，其功能是當(dāng)飛機(jī)處在大迎角狀態(tài)時加強(qiáng)機(jī)翼的前緣渦流，改善飛機(jī)大迎角狀態(tài)的性能，也有利于飛機(jī)的短矩起降。真正有可操縱鴨翼的戰(zhàn)機(jī)目前有歐洲的EF－2000、法國的“陣風(fēng)”、瑞典的JAS－39等。這些飛機(jī)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(fù)角，起減速板的作用。據(jù)稱，俄羅斯下一代
　　的飛機(jī)也考慮使用鴨式布局。

　　三翼面布局
　　在常規(guī)布局的飛機(jī)主翼前機(jī)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(jī)跨音速和超音速飛行時的
　　機(jī)動性較好。但目前這種布局的飛機(jī)大多是用常規(guī)布局的飛機(jī)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(fù)雜一些。不過這種布局對改
　　進(jìn)常規(guī)布局戰(zhàn)機(jī)的機(jī)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(jī)?，F(xiàn)代采用飛翼布局的最新式飛機(jī)，就是大名鼎鼎的美國B－2隱型轟炸機(jī)。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(dá)反射波很弱，據(jù)說B－2在雷達(dá)上的反射面積只有同類大小飛機(jī)的百分之一。
　　過去，飛機(jī)沒有電傳操縱系統(tǒng)，也沒有計算機(jī)幫助飛機(jī)員操縱飛機(jī)，因此，飛翼式飛機(jī)的飛行控制問題一直難以解決。現(xiàn)代化的B－2采用一套新式的副翼系統(tǒng)來進(jìn)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(dāng)飛機(jī)需要轉(zhuǎn)向時，一側(cè)的副翼就張開，增加這一側(cè)機(jī)翼的阻力，飛機(jī)就得到了偏轉(zhuǎn)的力；如果飛機(jī)兩側(cè)副面張開相等角度，兩側(cè)機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)動性差、操縱效能低，所以這種局面目前只適用于轟炸機(jī)。
　　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(jī)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(yīng)用于各類飛機(jī)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(rèn)識。目前廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)之上的近距鴨式布局利用鴨翼與機(jī)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(jī)的機(jī)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(jī)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(yīng)用，但由于變后掠結(jié)構(gòu)所帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)高低速之間矛盾的措施的使用，在新發(fā)展的飛機(jī)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(jī)。三翼面的采用使得飛機(jī)機(jī)動性得到提高，而且宜于實現(xiàn)直接力控制
　　達(dá)到對飛行軌跡的精確控制，同時使飛機(jī)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(jī)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(jī)的主要要求
　　之一以及新一代戰(zhàn)斗機(jī)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(jī)方案越來越受到更多的重視。
　　對于一架戰(zhàn)斗機(jī)而言，實現(xiàn)無尾布局將帶來諸多優(yōu)點。首先是飛機(jī)重量顯著減少；其次
　　，因為取消尾部使全機(jī)質(zhì)量更趨合理地沿機(jī)翼翼展分布，從而可以減小機(jī)翼彎曲載荷，
　　使結(jié)構(gòu)重量進(jìn)一步減輕；另外，尾翼的取消可以明顯減小飛機(jī)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(jī)的目標(biāo)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(jī)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(jī)的偏航控制。取消垂尾之后，飛機(jī)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(jī)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(jī)高機(jī)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(jī)如何操縱。在
　　最低的要求下，推力矢量系統(tǒng)失效后飛機(jī)至少還應(yīng)具有安全返航的能力，因此無垂尾飛
　　機(jī)的平飛、不太劇烈的轉(zhuǎn)彎機(jī)動以及著陸所需的偏航控制能力應(yīng)該能夠由氣動力控制來
　　滿足。作為無尾飛機(jī)的余度保險操縱方式之一的是與傳統(tǒng)機(jī)翼設(shè)計方法完全不同的所謂
　　“主動氣動彈性機(jī)翼”（AAW）。在傳統(tǒng)機(jī)翼設(shè)計中，一般都要保證剛度以使機(jī)翼變形最
　　小，而AAW利用機(jī)翼的柔度作為一種對飛機(jī)進(jìn)行操縱的方式，它通過使整個機(jī)翼發(fā)生一定
　　的變形而得到操縱飛機(jī)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(bǔ)充。它們包括開裂式副翼、機(jī)翼擾流板、全動翼梢、差動前翼、非對稱
　　機(jī)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(jī)都需要有全新的飛行控制律。無尾
　　飛機(jī)在縱向和航向都將是靜不穩(wěn)定的，這就要求飛機(jī)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(dāng)復(fù)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(jī)設(shè)計中需要
　　加以解決的問題。
　　常規(guī)機(jī)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(jī)的運動。因為機(jī)翼
　　的剛度不足而帶來的氣動彈性效應(yīng)將減弱操縱面的效能，同時使機(jī)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(jī)翼具有足夠的剛度，由此也
　　必然使機(jī)翼的結(jié)構(gòu)顯著重量增加，造成整機(jī)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(jī)翼產(chǎn)生一定的變形從而控制飛機(jī)運動的方法得以成為可能，這就是所謂“主動氣動彈
　　性機(jī)翼（AAW）”。與常規(guī)機(jī)翼設(shè)計思路不同，AAW允許機(jī)翼進(jìn)行大幅度的氣動扭轉(zhuǎn)，在
　　全權(quán)限、快速響應(yīng)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(jī)翼發(fā)生所期望的彈性變形，由變形的機(jī)翼產(chǎn)生操縱力，從而控制飛機(jī)的運動。因為在
　　AAW中控制力由整個機(jī)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(jī)翼的扭轉(zhuǎn)變形較傳統(tǒng)機(jī)翼還要小。
　　AAW通過主動有效地控制機(jī)翼的柔度達(dá)到控制飛機(jī)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(xué)科，是ASE、ACT、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、
　　機(jī)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(qiáng)控制能力；
　　全飛行包線內(nèi)減小氣動阻力；
　　減小機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量；
　　抑制顫振和提高顫振臨界速度；
　　陣風(fēng)與機(jī)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(yīng)用于F/A-18的機(jī)
　　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(yīng)
　　用于F-16的機(jī)翼，機(jī)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(jī)控制方法帶來一場變革，作為無尾布局飛機(jī)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)。