氣動布局

氣動布局主要決定飛機的機動性，至於發動機、座艙以及武器等放在哪裡的問題，則籠統地稱為飛機的總體布局。飛機的設計任務不同，機動性要求也不一樣，這必然導致氣動布局形態各異。現代作戰飛機的氣動布局有很多種，主要有常規布局、鴨式布局、無尾布局、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缺點。

自從萊特兄弟發明第一架飛機以來，飛機設計師們通常將飛機的水平尾翼和垂直尾翼都放在機翼後面的飛機尾部。這種布局一直沿用到現在，也是現代飛機最經常採用的氣動布局，因此稱之為“常規布局”。

20多年前，研究人員發現，如果在機翼前沿根部靠近機身兩側處增加一片大後掠角圓弧形的機翼面積，就可以大為改善飛機大迎角狀態的升力。這增加的部分在我國一般叫做“邊條”。新式戰鬥機很多都採用這種布局，如俄羅斯的米格－29、蘇－27、美國的F－22、F－16、F－18等。只要看到一型飛機採用了邊條的設計，就可推測到這型飛機是強調近距離格鬥性能，適合大迎角、大過載機動飛行的。

美國的飛機一直鍾情於常規布局。雖然美國通過X－31試驗機已經獲得了鴨式布局設計的要領，但在新一代戰鬥機F－22亮相時，大家看到的仍然是常規布局。

鴨式布局，是一種十分適合於超音速空戰的氣動布局。早在二戰前，前蘇聯已經發現如果將水平尾翼移到主翼之前的機頭兩側，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生升力，而不像水平尾翼那樣，平衡俯仰力矩多數情況下會產生負升力。在大迎角狀態下，鴨翼只需要減少產生升力即可產生低頭力矩（稱為卸載控制面），從而有效保證大迎角下抑制過度抬頭的可控性。早期的鴨式布局飛起來像一隻鴨子，“鴨式布局”由此得名。

採用鴨式布局的飛機的前翼稱為“鴨翼”。戰機的鴨翼有兩種，一種是不能操縱的，其功能是當飛機處在大迎角狀態時加強機翼的前緣渦流，改善飛機大迎角狀態的性能，也利於飛機的短距起降。真正有可操縱鴨翼的戰機目前有歐洲的EF－2000（颱風）、法國的“陣風”、瑞典的JAS－39等，還有如今我國最先進的三代殲擊機殲-10，以及我國最新研製的殲-20。這些飛機的鴨翼除了用以產生渦流外，還用於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、有利於超音速空戰。在降落時，鴨翼還可偏轉一個很大的負角，起減速板的作用。

但是鴨式布局一定程度上會犧牲隱身性能，因此美國追求的極致隱身就讓美國放棄了加強機動格鬥性能優異的鴨式布局，所以我們看到美國的新一代戰機F-22與F-35都沒有使用鴨式布局。俄羅斯的最新一代T-50也沒使用鴨式布局，而唯有中國在4代戰機上大膽嘗試，孰優孰劣，還要通過實戰考驗。

無平尾、無垂尾和飛翼布局也可以統稱為無尾布局。對於無平尾布局，其基本優點為超音速阻力小和飛機重量較輕，但其起降性能及其它一些性能不佳，總之以常規觀點而言，無尾布局不能算是一種理想的選擇。然而，隨著隱身成為現代軍用飛機的主要要求之一以及新一代戰鬥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鬥機方案越來越受到更多的重視。

對於一架戰鬥機而言，實現無尾布局將帶來諸多優點。首先是飛機重量顯著減少；其次，因為取消尾部使全機質量更趨合理地沿機翼翼展分佈，從而可以減小機翼彎曲載荷，使結構重量進一步減輕；另外，尾翼的取消可以明顯減小飛機的氣動阻力，同常規布局相比，其型阻可減小60%以上；不言而喻，取消尾翼之後將使飛機的目標特徵尺寸大為減小，隱身性能得到極大提高；最後尾翼的取消同時減少了操縱面、作動器和液壓系統，從而也改善了維修性和具有了更低的全壽命周期成本。

在有垂尾的常規飛機上，垂尾的作用是提供偏航/滾轉穩定性，尤其是偏航穩定性，此外垂尾的方向舵還參與飛機的偏航控制。取消垂尾之後，飛機將變為航向靜不穩定，同時喪失偏航控制能力。採用放寬靜穩技術之後，無垂尾飛機可以是航向靜不穩的，但不能是不可控的。針對這一問題可以採用推力矢量技術加以解決。推力矢量技術作為新一代戰鬥機高機動性的主要動力目前已經得到了較為完善的發展，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，推力矢量系統發生故障或者在作戰中受傷后飛機如何操縱。在最低的要求下，推力矢量系統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機翼設計方法完全不同的所謂“主動氣動彈性機翼”（AAW）。在傳統機翼設計中，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生一定的變形而得到操縱飛機所需的氣動力。同常規舵面相比，AAW具有效率高而翼面變形小的特點。除了AAW技術之外，還有其它一些非傳統的氣動操縱方式也可以做為推力矢量系統的余度保險和補充。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。

無論是採用AAW還是採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極不穩定的，這就要求飛機上的各類操縱裝置共同協作產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複雜。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型，並且需要實時地採用新的控制律，即所謂“重構系統”。這些都是無尾飛機設計中需要加以解決的問題。

在常規布局的飛機主翼前機身兩側增加一對鴨翼的布局稱為“三翼面布局”。三翼面布局形式可以說最早出現在六十年代初，米高揚設計局由米格-21改型而得的Е-6Т3和Е-8試驗機。三翼面的採用使得飛機機動性得到提高，而且宜於實現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。俄羅斯的蘇－34、蘇－37和蘇-47都採用這種布局。美國在F－18上也試過這種布局，但沒有發展為生產型號。

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，電傳操縱系統也會複雜一些。不過這種布局對改進常規布局戰機的機動性會有較好的效果。

早在二戰期間，美國和德國就開始研究這種布局的飛機。現代採用飛翼布局之一的飛機，就是大名鼎鼎的美國B－2隱型轟炸機。由於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，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。現代化的B－2採用一套新式的副翼系統來進行方向操縱。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，也可以兩片合起來同時向上或向下偏轉。當飛機需要轉向時，一側的副翼就張開，增加這一側機翼的阻力，飛機就得到了偏轉的力；如果飛機兩側副面張開相等角度，兩側機翼都增加阻力，就起到減速板的作用；如果副翼面上下兩片結合起來一齊偏轉，機翼一側的副翼向上，另一側的副翼向下，則起副翼作用，使飛機傾斜；如果左右兩側的副翼同時向上或向下偏轉，則這對副翼就能發揮升降舵的作用。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於轟炸機。

變后掠布局較好的兼顧了飛機分別在高速和低速狀態下對氣動外形的要求，在六七十年代曾得到廣泛應用，但由於變后掠結構所帶來的結構複雜性、結構重量的激增，再加上其它一些更為簡單有效的協調飛機高低速之間矛盾的措施的使用，在新發展的飛機中實際上已經很少有採用這種布局形式的例子了。

所謂導彈的氣動布局，是指導彈各主要部件的氣動外形及相對位置的設計和安排。也就是彈身外露部件（彈翼和舵面等）的型式以及沿彈身周向和軸向的布置。

1、平面型。從飛機發展而來。航向機動需要靠傾斜才能產生，響應慢，通常用於遠距離飛行飛航導彈，例如戰斧。

2、十字型與X型。特點是各個方向都能產生最大機動過載，且在任何方向產生升力都具有快速響應特性。但翼面多，阻力大，升阻特性不好。許多防空導彈都用這種布局，我國的PL系列空空導彈用的也都是這種布局。

3、背駝型。這種布置是為了安裝外掛發動機。英國的警犬防空導彈採用這種形式。

4、環形翼。主要是為了克服鴨翼布局（見下文）的反滾動力矩，但是縱向性能差，阻力大。

5、改進環形翼。具有環形翼的優點，又可以克服它的缺點。

1、正常式。彈翼在彈身中段，舵面處於彈身尾端。且兩組翼面通常為X-X型布局。在這種布局的基礎上減小展弦比，增大後掠角，就出現了條形翼。

採用正常式布局的導彈很多，例如我國的YJ8系列，俄羅斯的“無風”則是條形翼。

這種布局響應慢，但是由於舵面靠後，離質心遠，舵面可以做的比較小，另外氣動特性線性度較高。

2、無翼式。這種布局通常應用於高速防空導彈。導彈一般具有細長彈身和X型舵面。俄羅斯的C300系列導彈和美國的“愛國者“防空導彈，採用了這種布局。

3、鴨式布局。和正常式相反，小舵面位於彈身前部，大彈翼位於彈身後部。

這種布局的優點有升阻比大，響應快，舵面效率高等。主要缺點是鴨式舵面很難作滾轉控制。這主要是因為鴨式舵產生的渦在尾翼上誘導出的誘導滾動力矩的影響。解決的辦法有採用環形尾翼、自由旋轉尾翼等。

一般空空導彈採用鴨式布局較多，例如“響尾蛇”系列。

4、旋轉彈翼布局。是鴨式布局的變形。彈翼位於導彈中部，但可以偏轉，起到控制舵面作用，而尾翼固定，起穩定作用。對於正常式或者鴨式布局，都是通過偏轉舵面，使彈體繞質心旋轉，從而改變攻角產生升力。而旋轉彈翼布局主要依靠彈翼偏轉直接產生需要的升力。義大利的“斯帕達”防空導彈採用這種氣動布局。

5、無尾式布局。顧名思義，就是沒有尾翼，其實是將尾翼安裝在彈翼後部，兩者連為一體。美國的“霍克”防空導彈用的就是這種布局。

氣動布局：讓戰機個性鮮明

我們見到的飛機樣子五花八門，這是由飛機的氣動布局決定的，氣動布局是指機翼、尾翼以及機身等如何布置，即飛機的氣動外形。氣動布局不同，戰鬥機的性能和飛行品質也就不同。

20世紀70年代以後，美國的F—16，俄羅斯的米格—29、蘇—27等都採用常規布局，這種飛機具有很強的近距格鬥能力。常規布局是將水平尾翼和垂直尾翼都放在機翼後面以縮短機身長度的布局形式。常規布局有三角機翼、后掠翼、上單翼、下單翼等不同變化。另外，目前處於研製中的美國F—22和F/A—18/E/F都採用這種布局。

法國的幻影—2000以及美國的F—102、F—106卻是另外一番景緻，它們沒有水平尾翼，僅有垂直尾翼，這種布局稱為無尾布局。採用無尾布局的飛機通常改用副翼來代替平尾，當左右機翼的副翼同時向上或向下偏轉時，它起平尾的作用；左右副翼偏轉角度不同時起副翼的作用，使飛機傾斜或保持橫側平衡。飛機沒有水平尾翼可減少飛行中的阻力及重量，使飛機容易加速到超音速狀態。

美國萊特兄弟發明的第一架飛機，外形像一隻鴨子，後來這就叫“鴨式布局”。鴨式布局指在機翼前方機身上裝有水平小翼面而沒有水平尾翼的飛機，這有利於飛機進行超音速空戰。

近年來，鴨式布局又重新受到重視。當前，有代表性的戰鬥機有法國的“陣風”、歐洲的“颱風”和瑞典的JAS—39“鷹獅”等，這些飛機的鴨翼主要用來改善飛機的敏捷性。

大家對美國B－2隱形轟炸機都很熟悉，它的樣子非常獨特，沒有尾翼和明顯粗大機身，飛行起來像片樹葉一樣，這種布局形式稱為飛翼布局。採用這種布局后，B－2可以飛很高，並且反射的雷達波弱，隱形效果好，最適合用作轟炸機。這種布局也導致B－2操縱性差，機動性不好。

當蘇—徠37在藍天中任意翻滾騰挪時，我們為其優越的機動性所折服，細心的人們會發現，蘇—37機翼前面增加了一對小鴨翼，這就是三翼面布局。蘇—37靈活敏捷的身手正是這種巧奪天工的設計賦予的。

小鴨翼作用與鴨式布局相似，可使飛機的跨音速、超音速飛行機動性大為提高。可這也增加了飛機的複雜性，由於多了一對活動翼面，隱形性能也由此變差。目前，採用這種布局形式的還有俄羅斯蘇—35、S—37等。