作战飞机气动布局的发展

叶寿忠

人类探索飞行的实践是从模仿鸟的飞行开始的。人首先认识到，要飞起来，必须有翅膀。翅膀的形状和翅膀的运动规律是这一时期研究的主要对象。在研究翅膀形状的过程中，人们发现，鸟的翅膀的面积、弯度和速度对其飞起来至关重要。早期飞机的翼型和平面形状跟鸟的非常相似，人们模仿鸟类的扑扇动作，希望能像鸟一样飞起来，但是人们没有成功，其原因是扑翼的飞行原理非常复杂，至今我们还没有见到成功的扑翼机的例子。

人类能成功地在空中飞行一段距离是在出现了固定翼以后。当人们看到空中展翅的鸟，不用扑扇翅膀，也能在空中飞行时，固定翼的想法自然就产生了，于是滑翔机诞生了。

1903年，美国莱特兄弟把汽车的引擎安装在了滑翔机上，实现了人类的第一次有动力的飞行，此后，人类对飞行的探索进入了一个崭新的时期。

在滑翔机时代和动力飞机的初期，飞机的速度都不大，怎样获得足够的升力是这一时期追求的的一个主要目标。这一时期机翼的特点是：弯度较大，平直翼，机翼面积比较大（甚至是双层机翼），机身简单。

随着发动机性能的改进，飞机的升力问题很快就解决了。但是在进一步提高飞行速度的过程中，阻力问题成为了这一时期的主要难题。飞机的阻力不仅随速度的平方正比例地增加，而且在速度接近音速时，会有额外的增加，“音障”曾经成为飞机难以跨越的障碍。最早减小阻力的措施是利用椭圆机翼来减小诱导阻力，翼身的流线形减小粘性压差阻力和摩擦阻力，这些措施在低速飞行中非常有效，高速飞行，阻力仍然很大。鸟俯冲时将翅膀向后收起给了人们很大的启示，人们在飞机设计中采用了后掠角布局，这种气动布局最终解决了高速飞行中阻力大的问题，大大提高了飞机的飞行速度。

后掠角的设计虽然解决了高速飞行中的阻力问题，但是它带来了新的问题，尤其是大后掠角的飞机，那就是：这种布局的飞机低速飞行时升力小。这个问题直接导致了这种飞机的起飞着陆性能很差，起飞、着陆的速度和滑跑距离都比较长。于是人们希望能得到一种既能飞得快、低速性能有非常好的飞机。边条翼、鸭式翼布局的出现，成功地解决了后掠翼带来的这一系列问题，它们都是利用脱体涡的特性。

现代战机基本上都采用了边条翼和鸭翼的气动布局来提高飞机起飞、着陆和低速飞行时的性能。在边条翼和鸭式翼布局之前，人们还曾使用过可变后掠翼的飞机，由于结构的复杂和强度不够等原因，这种方向的尝试暂时中止了。此外，一些国家还设计制造出了前掠翼布局飞机，如俄罗斯第四代战机s-37。这种布局也能减小飞机高速飞行时的阻力，其原理和正常的后掠翼一样，但这种气动布局避免了后掠翼飞机的翼尖失速这一问题，这也是这种气动布局的优点之一。