鸭式布局

什么是鸭翼布局？为什么美国战斗机不采用鸭翼布局？

纵览美国空军的百系列战斗机和一系列鸟族，虫族战斗机，可以发现，除了少数使用三角翼和可变后掠翼的设计布局，大部分美国现役飞机都是常规气动设计。反过来看欧洲三雄，中国歼-20和歼-10战斗机，使用的都是被美军视为鸭翼的布局。那么，美军为什么不使用鸭翼，欧洲和中国使用的鸭翼的原因又在哪里呢？图为美国的F-15三翼面验证机中欧并不是鸭翼的开拓者，美国也曾在上个世纪80年代探究过鸭翼气动布局的优劣之处。众所周知，美国空军现役的主力机型F-15，F-16和F-18战斗机都诞生于上个世纪70年代。而在那时，电传操纵系统还不是十分可靠，鸭翼所带来的复杂性已经被F-15三翼面试验机所证明。图为F-119发动机而到了21世纪，电传操纵系统的进步明显已经很容易解决鸭翼的俯仰力矩问题，鸭翼高低速时的机动性优势美国也是承认的。不过F-22战机和F-35的概念设计都基于90年代的电传操纵水平，想更改也非常困难。美国其实目前非常看好鸭翼，波音和洛马的六代机PPT都使用了鸭翼，可见，美国的一票战机没用上鸭翼只是受制于时代和80年代的实验数据罢了。图为美国六代机设想图除了电传操纵的原因，美帝发动机一如既往的强劲也导致了美国对气动布局并没有深究。美国也曾是气动布局的领导者，但当F-404、F-414、F-119系列发动机一骑绝尘之后，明显美国已经不需要通过气动布局来补充飞机性能。最新的F-135实验数据已经达到了22.4吨的推力，几乎又领先世界一代，可能在变循环发动机项目完成之后，波音洛马六代机上的鸭翼也会因为绝对推力而被取消。

抬式布局和鸭式布局有什么区别？

以上是传说中“抬式布局”的751战斗机，主要是机翼方面有所差别相关资料“瑞典的Saab37战斗机问世之初以其鸭式布局很快就吸引了中国的目光。很明显，前翼布局可以令中国的飞机迅速跳出“米格式”的外形。然而与其他鸭式飞机设计一样，中国也在担心配平与气动干扰之间的矛盾。前翼比后尾式布局的配平力臂要短得多，这就导致前翼的配平紧张令阻力大幅增加。而如果加大前翼的配平能力就会对机翼形成严重 的干扰。为了解决这一问题，60年代末中国开始在鸭式布局的基础上，用吹气增升等类似形式增加前翼的配平能力，并将这种布局称为“抬”式布局，并于1969年提出“701”抬式运输机方案“延安”号。该方案是借助前翼上安装的螺旋桨滑流来加强前翼配平能力。然而在1971年发生了林彪事件，在空军部门的整顿工作中 “延安”号的研制被搁置。”个人认为抬式布局可以归为鸭式布局的一种。这种布局机翼的升力中心在飞机重心之前，同时将尾翼移到机头位置产生向上的力来平衡俯仰力矩。传统布局为机翼的升力中心仍旧在飞机的重心之后，但是位于后部的尾翼产生的是向下的力来平衡俯仰力矩。传统飞机尾翼上向下的负升力等效于飞机的重力增加了，机翼上的升力要同时克服重力和尾翼的负升力。鸭式布局尾翼前移产生的是向上的升力。这里不太好画图，如果楼主还是不太明白的话可以继续联系我。鸭式布局主要用于战斗机，当然也有鸭式布局的民用飞机。据我说知F16为传统布局和鸭式布局兼容的，即低速状态下尾翼产生的是向下的负升力，机翼升力中心位于重心之后平衡俯仰力矩，此时为传统布局，高速时升力中心略微移动到重心之前，此时尾翼的迎角变成正迎角开始产生向上的升力来平衡俯仰力矩，此时为鸭式布局。还有重心如果越靠近升力中心飞机就可以拥有更好的机动性。

战斗机外形鸭翼布局有什么优缺点？

鸭式布局实际上是一种性能非常优秀的外形设计，如果设计得好了，一身都是优点。但是它的核心缺点就是要想设计好鸭式飞机极其困难，它有很多设计参数是完全矛盾的。稍微有一点设计不好，性能就一塌糊涂。
对于滑翔机或者模型来说，鸭式布局飞机最大的困难在于控制，在同代的战斗机中鸭式飞机的飞控水平都是顶尖的。F16水平的飞控拿到歼10或者鹰狮上绝对会产生灾难性后果。
所以，除非你背后有一个世界顶尖水平的飞控团队，否则你连让一架静不稳定的鸭式飞机四平八稳的飞一圈都做不到。
所以一般做飞机模型的会将飞机配平到较高的静稳定状态。同时鸭翼基本就是个装饰，用升降襟副翼来操纵。

本来不想多说什么的，但是这里对前面朋友的一些错误进行补充。

鸭式布局是一种非常优秀的设计，但是它的设计难度极高，设计得稍微有些不好，所有的优点都会变成缺点。
让我们从头开始吧。
首先，由于大翼位于前翼的下洗气流当中，有效迎角减小，因此鸭式布局实际上是一种减升力布局！这在早期对“抬式布局”的研究当中已经得到了明确的结论。
鸭翼要起到增升效果需要依靠两个原理，一个是近距耦合，另一个是涡流增升。请注意这是两个原理上完全不同的概念，很多朋友会混为一谈。近距耦合实际上是前翼下洗气流与大翼上表面流场的耦合，因此要求前翼要高于大翼并且尽可能靠近大翼，最好要覆盖到大翼的上方。这就是阵风和鹰狮的典型设计。涡流增升的作用和前面朋友所说的完全相反，它不是吹除附面层，而是吹除附面层分离区域，增强附面层能量，推迟失速的发生。但是在小迎角时鸭翼拉不出足够强的涡流，而在大迎角时鸭翼一般是负迎角，也拉不出涡流。
鸭翼由于位于焦点的前方，因此鸭翼容量（面积乘以力臂）增大时飞机的静稳定性减小，这一点与后尾式布局飞机恰好相反。由于鸭式布局的控制极其复杂，静不稳定性受到很大限制，因此鸭翼容量一般不允许太高，而飞机的配平和控制能力又完全取决于鸭翼容量，因此鸭翼的配平和操纵能力都比较差。需要用升降襟副翼辅助甚至主要操纵。
由于鸭翼的配平能力差，因此它对于飞机焦点的移动非常敏感，为此鸭翼必需要搭配焦点移动较小的小展弦比大三角翼。而不是它天生就焦点移动小。
鸭翼位于大翼的上洗气流当中，因此它的迎角比大翼要大，因此在抬头过程中鸭翼会先失速，而且大翼上洗流会非线性的加强鸭翼的升力造成更大的抬头力矩，因此在拉迎角的过程中容易出现不可遏制的翻滚动作。为了抑制抬头趋势，鸭翼在静不稳定飞机上需要做负配平，也就是说抬头的时候鸭翼需要下压，防止抬头过猛。这一点在歼10和歼20身上表现得都非常明显。
鸭式布局飞机没有所谓的迎角恢复能力，实际上鸭翼一旦失速，耦合作用和鸭翼涡都会变得不规则，会造成大翼气流的混乱和飞机不规则的翻滚。鸭翼的展弦比一般都远大于大翼，而不是更小。但是，由于前翼下洗流和涡流的影响，鸭式飞机的大翼很难失速，所以只要解决鸭翼失速和控制的问题，鸭式飞机的可用迎角就可以大幅度提高。
对于静不稳定飞机来说襟副翼放下时会产生抬头矩，因此平尾需要产生正升力，而鸭翼产生负升力才能配平。但一般情况下起降过程中鸭式飞机都是不放襟翼或者尽可能小的放襟翼。例如阵风的升降襟副翼就是中立或上偏，台风，鹰狮，歼10，歼20都是小角度下偏。所以，鸭式布局实际上对发挥襟翼的作用是不利的。
鸭翼实际上对于隐身没那么大影响，因为三代机当中的后尾式飞机的平尾都比大翼要低，而鸭式飞机的前翼又比大翼高，所以根本都挡不住。四代机不管是F22还是歼20，都把操纵面和大翼放到同一位置，于是都能挡住（鸭翼也能挡住大翼的一部分）。
鸭式飞机的操纵非常复杂，因为要利用到耦合作用，需要前翼和大翼非常接近，这时两者之间的相互影响非常严重，上洗流、下洗流、涡流搅在一起，致使控制率非常复杂。除非像台风一样把前翼放得很远。而且这种复杂性随着静不稳定性的升高和鸭翼容量的增大而成几何级数升高。

鸭翼的优点是：
正常飞行状态下耦合作用的增升效果非常明显，而且鸭式飞机的抬头能力强，因此鸭式飞机是短距起降之王。载荷能力和盘旋能力也非常强。
鸭式飞机是敏捷性之王。一般认为鸭式飞机天然就是高敏捷性的。因为鸭翼位于大翼前方，流场比较干净，前翼操纵方向与升力变化方向一致，操纵响应迅速，而且大翼的上洗流对前翼产生较强的抬头趋势，抬头能力很强。在大迎角过程中能够在一定程度上主动的控制流过大翼的涡流。因此在大迎角条件下或者拉迎角过程中仍然能够快速的拉横滚，后尾式布局飞机在这种条件下两侧大翼会发生不对称的失速。
鸭式飞机容易满足面积率，超音速阻力小。而平尾放在最后面，一般都会破坏面积率，不好处理。

传统上认为鸭式飞机的最大可用迎角比较小，静不稳定性比较低，配平能力弱。因此机动性有限，敏捷性无法充分发挥，最大平飞速度不能太高。也就是说优点发挥不出来就都变成弱点了。唯一仅剩的优势就是短距起降，这就是SAAB-37雷式战斗机。
解决的唯一办法就是高水平的飞控。以歼10为例，它采用了容量巨大的鸭翼（大面积，中距离，不对称翼型）以解决配平和操纵能力问题，以卸载式操纵解决大迎角控制问题，以高度放宽的静不稳定性（几乎是三代机中最大）提高机动性和敏捷性，并以鸭翼的差动控制进一步强化敏捷性和机动性。但代价就是极度复杂的飞控系统。