为何美国不用鸭翼?第一架飞机就使用的气动布局,为何现在不用?

鸭翼(canard),又被称作前翼或前置翼,飞机要是配置了鸭翼,其特征非常明显,可以说一眼就能分辨。

这种配置就如同它的名字一样,因为水平稳定面被放置在主翼的前方,看起来就像是一只拥有胖胖的身体和小小翅膀的鸭子,正在努力伸长脖子飞行时露出的小翅膀一样。鸭翼这个名字的来源,正是法语中的“鸭子”。

鸭翼是什么

鸭翼是一种气动布局,而气动布局又被称为飞机“隐形的翅膀”,其重要性自然不言而喻。

鸭翼的诞生时间要比大部分人想象的还要早。实际上,人类的第一架飞机,也就是莱特兄弟在1903年发明的莱特飞行器,它的配置就是鸭翼。

不过,受制于设计技术的落后,也因为要避免使用莱特兄弟的专利,鸭翼在20世纪初并没有成为飞机气动布局的主要方式。

随着线传飞控的进步,直到在20世纪60年代,鸭翼在战斗机的运用逐渐成为可能。采用鸭翼的战斗机中,最有名的恐怕是美国的XB-70超音速实验机以及苏-47金雕战斗机了。

鸭翼的操控性好,并且能满足超音速战斗机的需要,更重要的是,在三机翼设计中(主翼、鸭翼和尾翼),配平力被交给鸭翼和尾翼共同承担。

也就是说,被这样设计的飞机,其鸭翼负责提供升力,尾翼则提供向下力,这样一来,主翼只需要提供较小的额外升力去维持俯仰就可以了,升力就变大了。采用鸭翼的设计,就能使得机翼的总表面积变小

近年来,许多国家的战斗机采用的气动布局方式都是鸭翼。比如我们国家的歼-8II ACT、AD200、歼-10、歼-15、歼-20以及彩虹-3都是采用的鸭翼设计。

不过,进入21世纪后有人逐渐发现,在美国这个战斗机大国里,使用鸭翼设计的飞机却在减少,既然鸭翼对战斗机的优点多多,为什么美国现在却逐渐减少鸭翼的使用呢?

美国不用鸭翼吗?

鸭翼最大的优点就是可以同时提供升力,这样,水平尾翼在平衡力矩的同时还可以产生负升力。也就是说,在大迎角飞行状态下,鸭翼只需要减少升力就可以产生低头力矩,从而有效抑制飞机出现过度抬头的可能。

鸭翼的设计可以节省发动机推力,正因如此,鸭翼成了一种十分适合超声速飞行的气动布局,法国“阵风”、欧洲“台风”、瑞典“鹰狮”战机并称为“欧洲三雄”,它们均采用了鸭翼设计。

不过,鸭翼同样有一个致命缺陷,那就是会扩大飞机的俯仰反应,从而增大着陆时飞机擦地的风险。前文提到的法国“阵风”,为了避免擦地,法国人还特意将自己的飞机机身缩短。

鸭翼还有几个缺点,比如因为设计难度大,对整个飞机的技术要求和成本都造成不小的压力;其次鸭翼飞机操作难度高,其不同的飞行姿态对升力都有不同的影响。

这些原因就造成现在美国的主流战斗机(第四代战机)中使用鸭翼的很少,而即将投入使用的第五代战机,其设计早在上个世纪就已经有了雏形,现在再来更改,意义已经不大。再加上美国航发的研制,已经不需要鸭翼来提供升力了。

结语

当然,并不是说鸭翼没有存在的必要了,有许多飞机的设计,都结合了鸭翼的优点。

在未来,随着电控技术的提升,鸭翼的缺陷也有被避免的可能,美国现在正在开发的F/A-XX战机正是采用鸭翼设计。

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页面更新:2024-02-22

标签:美国   布局   升力   飞机   力矩   尾翼   机翼   法国   战斗机   战机

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