浅谈飞机常规布局与填鸭式布局的利弊

单一雅

摘要：常规布局和填鸭式布局是飞机气动布局的主要设计形式，具有不同的特点。本文基于常规布局与填鸭式布局的利弊分析，希望能让更多热爱飞机设计和航天技术的人了解气动布局方式，为飞机设计技术的进步提供借鉴和参考。

关键词：飞机；气动；常规布局；填鸭式布局

气动布局主要是指合理放置飞机的各个翼面，也决定了飞机最重要的动力系统、座舱和武器的放置位置，不仅有助于优化飞机的外形结构，也有助于提升飞机的动态性能，因此，也被称为飞机的总体布局。不同用途的飞机，对应不同的设计目标，对机动性能的要求也大不相同，因此，气动布局必然对应多种不同的方式，才能满足不同的设计需求。纵观当前的飞机设计研究成果，气动布局方式多种多样，分别是常规布局、填鸭式布局、无尾布局、三翼面布局和飞翼布局等[1]，不同的布局方式对应不同的机动性能，也具有各自的特殊性和优缺点。本文选取常规布局和填鸭式布局这两种最主要的飞机气动布局方式，深入分析这两种布局方式的优缺点，希望能让更多热爱飞机设计和航天技术的人了解气动布局方式，为飞机设计技术的进步提供借鉴和参考。

一、飞机常规布局的利弊

（一）常规布局的定义和运用

常规布局方式，顾名思义，就是飞机气动布局最常见、最普通的一种方式，主要是主翼面設置在前方，而水平尾翼设置在飞机的后方，并在飞机尾部设置一到两个垂尾的气动布局方式[2]。常规布局是自第一架飞机问世以来，飞机设计师们最常使用的气动布局方式。在20多年前，有研究人员对传统的常规布局方式进行了改善，在飞机翼前根部微微靠近机身两侧的地方增添一篇大后掠角圆弧形的机翼面积，在保留原有稳定性的基础上，大幅度提升飞机大迎角状态的上升力度，增强动力性能[3]。现有的很多新式战斗机都纷纷采用这种改进后的常规布局方式，例如俄罗斯的米格-29、苏27侧卫和美国—洛克希德马丁公司：F22猛禽等战斗机型。这种一字型飞机所采用的常规布局方式，具有很强的近距离格斗能力。除了战斗机以外，常规布局方式也被广泛运用于客机和货机。

（二）常规布局的利弊分析

常规布局最大的优点是技术成熟，这是航空发展史上最早广泛使用的布局，理论研究已经非常完善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡，所以目前无论是民用飞机还是军用飞机绝大多数使用这种气动布局。同其他气动布局相比各项性能比较均衡。只是由于均衡所以也没有特别出色的地方。

二、飞机填鸭式布局的利弊

（一）鸭式布局的定义和运用

所谓的填鸭式布局主要是针对某些战斗机，为了提升战斗机的机动性能而做的特别设计，因为飞机飞起来像一只鸭子，因此被取名为“填鸭式布局”。这一布局方式的应用最早可以追溯到二战时期，前苏联的飞机设计师尝试将水平尾翼设置在主翼前面的头部两端，使用更小的翼面却能达到相同的操作效果，与此同时，飞机前翼和机翼部位将同时产生上升力，避免了水平尾翼在俯仰过程中产生的负升力。这样一来，采用填鸭式布局的飞机将获得更大的升力，操控速度更快，机身变动更灵活。此外，在大迎角状态下，鸭翼仅需少量的上升力就能够卸载控制面，增强大迎角状态下的可控性，避免因为过度抬头而导致飞行不稳和飞机失控的状况[4]。鸭式布局目前仅在战斗机上采用，适合超音速飞行，瑞典研制的国土防空战斗机，大多数都采用了填鸭式布局，此外还有以色列的幼师系列战斗机、俄罗斯的Su-47金雕和米格1.44，但目前世界上最为先进的填鸭式布局战斗机为中国的歼-20第五代战机。

（二）填鸭式布局的利弊分析

相较于常规布局，填鸭式布局下的飞机具有更强的可控性和可操作性，机动性能更强。飞机的鸭翼除了用以产生涡流外，还用于改善跨音速过程中安定性骤降的问题，同时也可减少配平阻力、有利于超音速空战。有了这个鸭翼，无尾布局的缺点得到明显改善，高速飞行时更加稳定，起降距离明显缩短，甚至机动性能比常规布局更加出色。而且前翼和机翼可以同时产生升力，而不像水平尾翼那样，平衡俯仰力矩多数情况下会产生负升力。鸭式布局的飞机的短距起降性能更强，因为它们在低速度状况下也能获得较高的升力。鸭式布局的飞机在高速飞行中有着更高的稳定性，机动性也要比常规布局飞机更加出色。在降落时，鸭翼还可偏转一个很大的负角，起减速板的作用。但鸭翼调整时会增加战机的雷达反射面积，不利于隐身，且鸭翼明显易成为打击的主要目标[5]。鸭翼一旦受损则会立即影响升力大小，机动性降低，甚至于失速坠毁。因此美国追求的极致隐身就让美国放弃了加强机动格斗性能优异的鸭式布局，所以我们看到美国的新一代战机F-22与F-35都没有使用鸭式布局。俄罗斯的最新一代T-50也没使用鸭式布局，而唯有中国在4代战机上大胆尝试，孰优孰劣，还要通过实战考验。

综上所述，常规布局由于发明时间最早，研究是实践的时间最常，因此，成为最成熟和稳定的一项气动布局技术，但因为过于常规化，导致不可替代性较弱。而填鸭式是对常规布局的改进，主要运用在战斗机上，对提升战斗机的可控性、稳定性和灵活性具有不可替代的作用和价值。然而，由于鸭翼的运用，也使得填鸭式布局的战斗机隐身能力较弱，一旦被发现，就极容易成为打击对象，加大作战中的风险。无论是何种气动布局方式，都具有明显的优缺点，也适用于不同的飞机种类和飞机用途。我们唯有持续深入地对其展开研究，查漏补缺，扬长避短，才能在完善性能的基础上，提升飞机的机动性和使用效果，提高我国飞机研究和设计水平，并在国际上占据领先地位，对维护我国的航空安全具有重要意义。

参考文献：

[1]白小文.几种常见飞机气动布局气动性能[J].中外企业家.2015 （5X）：201

[2]王红波等.垂直起降飞机新型气动布局设计分析[J].西北工业大学学报.2017 （2）：189-196

[3]刘国库等.前机身对飞机大迎角气动特性的影响[J].飞机设计.2011 （6）：6-9，15

[4]张浩，彭星萍.填鸭式气动布局特性研究[J].大众科技.2015 （5）：74-77

[5]韩念宏.模型飞机新型布局方案研究[J].经济技术协作信息.2013 （24）：93