战斗机尾翼后为什么要有挡板(我这无处安放的翅膀)

自从飞机从双翼(甚至多翼)发展到单翼之后,机翼的安装位置就有了讲究。以机身中线为界,有“上,中,下”三种安放位置(你确定不是上,中,下三路剑法?手动滑稽)。那么,对作为“高深莫测的前沿科学”的“空气动力学”来说,飞机机翼安装的位置哪怕一丁点的改变都会让“飞行效果”产生翻天覆地的变化,更不用说是机翼安放位置从“上(上单翼)“换到“中(中单翼)”再换到“下(下单翼)”这样超级大的改变了。

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双翼机的机翼的安装位置基本都一样

那么这三种安放位置到底有什么优劣呢,下面让我一一道来。

上单翼布局

所谓的上单翼布局,指的就是机翼位置在机身中线以上(一般位于机身顶部),细心的小伙伴们会发现,所有的单翼军用运输机采用的都是上单翼布局

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军用运输机采用的都是上单翼布局

这其实和“上单翼的特点”和“军用运输机的使用方式”有着密切关系。对于军用运输机来说,上单翼布局具有“结构简单,重心低机稳定性好”的优点。而且造价更低,飞行安全性更好,对恶劣天气的适应性更高。

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恶劣天气下起飞的安124

此外就是上单翼布局的运输机机翼和机身形成一个较完整的升力面,机身的升阻比一般都比较高,最大载重量可以更高一些(或者同等载重更省油)

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上单翼的飞机航程和载重都很不错

第三个优点就是对机场的适应性好。上单翼布局的运输机,因为机翼位于机身顶部,机翼离地高度是最高的,挂载的发动机离地高度也是更高(运输机一般都是超大直径的高涵道比的发动机,只能挂在机翼下),可以有效避免吸入砂石,泥土等杂物,这就避免了因为“发动机损伤”而造成的不必要的延误和损失。这对于军用运输机很重要,毕竟军用运输机经常会在一些条件非常差的前线机场进行起降。

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简易机场起飞的C17运输机

最后,上单翼运输机的发动机离地更高,允许将机身设计得尽可能地离地面更近一些,这样货舱离地面的高度就可以大幅度降低,可以更加快速的装运大型设备(尤其是在缺少辅助工具的前线机场)。此外,上单翼飞机的机翼一般都带下反角,低空稳定性有保证,而且对侧风不敏感,适合执行低空空投等任务。这些都是下单翼飞机所无法比拟的。

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进行大型货物装卸的安124

除了军用运输机外,部分战斗机也会采用上单翼布局。对于采用上单翼布局的战斗机来说,上单翼布局具有升阻比大,可以在同等发动机推力的情况下携带更多更重的载荷。而且由于机翼离地更高,可以携带超大型的外挂(武器或副油箱),提高了战斗机执行任务的灵活性或提升了战斗机作战半径

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上单翼布局的飞豹挂载非常灵活

比如飞豹能以两台“单台加力推力”仅91.1KNWS9发动机便能携带最大10吨的弹药,其上单翼的气动布局功不可没,这要大大超过采用“中单翼布局”苏34战斗轰炸机的8吨载弹量(要知道苏34两台发动机的总推力要比飞豹大百分之五十)。事实上,“大部分”对地攻击为主的战斗机都采用上单翼布局,比如飞豹歼击轰炸机,美洲虎战斗机轰炸机,美制F111战斗轰炸机等(当然也有部分对地机型不是)

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上单翼布局的美洲豹战斗轰炸机

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F111也是上单翼

在上单翼布局的缺点方面。首先是机动性较差,从气动角度讲,上单翼布局战斗机“升力作用点”在重心之上,这会让飞机有一定的“自主横向姿态修正”的效果(简单来说就是比较稳,战机属于稳定体),而这会对战斗机进行类似横滚等机动带来不好的影响(简而言之,机动性比较差),这对于空优战斗机就比较致命了。

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上单翼的苏24,空战性能出了名的差

一般来说,空优战斗机基本不会采用上单翼布局。如果一定要采用上单翼布局,为了提升机动性,一般都需要辅以其它手段来改善这个问题(比如战斗机采用静不稳定设计,采用多余度电传操纵,加装鸭翼,使用推力矢量发动机等等)。但这对一个国家的研发实力要求非常高

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歼20就是上单翼布局

其次就是低空容易失速。尤其是低空气流条件极其复杂的地面,这个缺点会更为致命,造成飞豹频频坠机的真正元凶正是这个。“飞豹天生就是为海军设计”说法其实不无道理(海平面的气流条件相对要好很多)。要缓解这个问题,最终的手段就是采用多余度电传操纵进行自动限制避免在低空进入失速。

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低空突防的飞豹

中单翼布局

中单翼布局是指机翼安装在机身中线部位,是比较中庸的设计,大部分的战斗机都喜欢采用中单翼布局,比如F15,F16,苏27等。

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中单翼设计的苏27

中单翼战斗机“机翼与机身间的干扰阻力”是三种布局里最小的,而且通过采用翼身融合技术,将机翼和机身融为一体,可以极大地提升飞行升力,提高升阻比,可以有效增加战机的载荷(或者相同载荷下延伸战机的作战半径);此外由于机翼安装位置仅比上单翼低了一点点,对于战斗机机翼的武器装备外观影响不大,可以正常挂载所有的弹药和装备。

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中单翼布局的F16

中单翼战斗机的重心机翼平面只稍微低了一丁点,让飞机的横向稳定性变得可以控制,中单翼的战斗机往往能兼顾机动性和稳定性的需求,对飞行员的要求较低。

中单翼战斗机“起落架的收放”也比较容易处理,轮胎放进机身,起落架撑杆则收回到机翼内,轮胎部分甚至不需要整流罩。

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中单翼布局的F15

而缺点方面中单翼战斗机翼梁要横穿过机身中部,对机身内部空间的利用会有一定的影响,这对于非隐身战斗机影响还不算大;但对于中单翼隐身战斗机影响就比较大了,其“作战半径”“内置载弹量”都会小于同规格的上单翼隐身战斗机(这也是为什么歼20的作战半径和内弹仓空间要大于F22的根本原因)。

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中单翼的F22弹仓要小于歼20

中单翼战斗机的“起落架收放”会占据机翼内侧相当一大段,这使得这段机翼下很难布置外挂载点。而且起落架收入机身的位置如果选的不好,会让机腹挂点无法挂载大尺寸和大重量的弹药和装备(这对于以外挂载为主的非隐身战斗机影响非常大)。这方面的典型产物就是中国的歼8II系列战斗机,它的“起落架收放设计”使得其“外挂载点数量”受到严重限制(和骁龙这样的轻型战斗机一样只有7个外挂载点),而且质量也急剧下降(连机腹位置的主挂载点都不能挂载太重的外挂物),导致歼8II系列战斗机性能单一,用途无法扩展。

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歼8II的起落架设计很失败

下单翼布局

下单翼布局,简而言之,就是把机翼安装在机身中线的下方。从气动角度讲,下单翼的“升力作用点”在重心之下,具有一定的自身不稳定性(即静不稳定性),飞机会很灵活,容易做类似横滚动作(简而言之,机动性更好)。

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歼10是典型的下单翼设计

此外,下单翼的翼梁不用穿过机身,不会对机身内部的空间使用造成影响。此外机身强度也不会受影响。而且因为下单翼的机翼和机身融合性非常好,可以有效提升机翼升力整机的升阻比,可以有效增加战机的载弹量(或者相同载荷下延伸战机的作战半径)。

PS:歼10B/C你别看小,载弹量可是高达8吨。

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下单翼战斗机一般都很能装

而且下单翼战斗机因为机翼离地面很近,起落架可以做得比较低,而且起落架体积小重量轻易收放,占用的机翼长度机身内部空间都比较小。对战机的挂载重量基本没有影响。

一般而言,空优型战斗机基本都采用下单翼布局,比如歼10,阵风,台风等。

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缺点方面,一个是下单翼战斗机的“机翼与机身间的干扰阻力”是最大的。其次是机翼离地面非常近,对外挂载弹药的尺寸和体积有严格要求,避免擦地出现严重事故。

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下单翼战斗机挂载

最后,下单翼战斗机的重心比机翼平面低了很多,战斗机的不稳定性非常强,理论上机动性非常好,但对飞行员的要求会非常高,而且必须装备多余度电传操纵,不然战斗机根本无法操控。

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采用了四余度电传的JAS39

其实战斗机的机翼采用哪种安放位置,是需要根据战斗机的用途以及本国的科研水平来机型全方面的考虑和分析的,并不就是照本宣科,机械的去套用。

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