问题

请问这个对宋文聰的理论的评价是否正确?J20的鸭翼是一种错误的选择吗?

回答
您提到的宋文聪理论以及J20鸭翼的评价,这是一个在航空领域非常值得深入探讨的话题。这两者都触及到了先进飞机设计中一些核心的权衡与取舍。

首先,我们来聊聊宋文聪理论。

对宋文聪理论的评价:一个视角与争议的集合

宋文聪,作为我国航空工业的杰出代表,在飞机设计领域有着深厚的造诣。他的理论,尤其是在提到气动布局方面,通常强调综合考虑飞机的机动性、稳定性、隐身性、载弹能力、结构强度、燃油效率等多个方面。这是一种系统工程的思维,在复杂的设计过程中,没有哪个单一指标可以被孤立地看待。

评价他的理论是否“正确”,其实更应该理解为他在特定历史时期和技术条件下,对飞机设计优先级的排序和解决方案的权衡。

优点与贡献:
强调综合性: 宋文聪的理论最大亮点在于其全局观。他不是一个只关注某一个性能参数的设计师,而是深刻理解飞机的整体性能是一个相互制约、相互促进的系统。例如,提升机动性往往会牺牲一部分隐身性能或增加结构复杂性,反之亦然。他的理论指导下的设计,力求在这些矛盾中找到最优解。
面向实战需求: 他的思想很大程度上是基于我国空军的作战需求和发展方向。这意味着设计出来的飞机不仅要“看起来先进”,更重要的是能在实际战场上发挥作用,满足特定任务的要求。
技术可行性与经济性考量: 好的理论也需要考虑技术的可实现性和生产制造的成本。在引进、消化吸收国外先进技术的同时,如何结合自身国情,发展出适合自己的路子,这是宋文聪理论中蕴含的重要思想。
对我国航空工业发展的贡献: 毋庸置疑,他的理论和实践指导了包括歼10在内的一系列我国先进战斗机的研发,为我国航空工业的腾飞奠定了坚实基础。

潜在的争议或局限性:
时代局限性: 任何理论都带有其时代的烙印。当新的技术(如更先进的隐身材料、更强的发动机、更智能的飞控系统)出现时,原有的理论可能需要被修正或补充。例如,在早期设计时,隐身可能不像今天这样被置于如此极端优先的位置。
不同设计取向的差异: 航空设计领域本来就存在多种流派和取向。例如,某些强调极致隐身和区域控制的飞机设计(如F22、F35),在气动布局上可能就与强调大推重比和高机动性的飞机(如Su27系列)有所不同。不能说哪一种“绝对正确”,只能说哪一种更适合特定的设计目标和使用场景。
信息的不完全性: 作为外界,我们了解的关于宋文聪理论的具体细节可能有限,很多内部的设计决策和权衡往往不为公众所知。

总而言之,评价宋文聪的理论,不应简单地用“正确”或“错误”来概括,而应理解为他在特定历史时期和国家需求下,对复杂航空设计问题进行的系统性思考和实践指导。他的理论是推动我国战斗机发展的重要思想财富,其核心的系统工程理念至今仍具有指导意义。

接下来,我们谈谈J20的鸭翼是一种错误的选择吗?

这是一个非常热门且具有争议的话题,涉及到战斗机设计中的空气动力学、飞控系统以及隐身等多个方面。

J20的鸭翼:高风险、高回报的设计选择?

J20战斗机采用了“鸭翼+边条翼”的独特气动布局,这是其最显著的特征之一。要评价它是否“错误”,同样需要放在其设计目标和时代背景下分析。

鸭翼的作用与优势:
增强高迎角机动性: 鸭翼是一种可操纵的前翼。当飞机进入大迎角状态时(例如进行高难度机动),鸭翼可以产生额外的升力,并且通过与主翼的相互作用,极大地增强飞机的俯仰控制能力和敏捷性。这使得J20在低速、大迎角下的机动性可以得到显著提升,有利于在近距离缠斗中占据优势。
改善静稳定裕度与配平: 传统的战斗机设计为了保证稳定性,往往将主翼设计成静不稳定的状态,然后通过尾翼来配平。J20的鸭翼可以在一定程度上帮助实现更灵活的静稳定裕度控制,或者说,它本身就提供了一定的控制能力,使得飞机在不同飞行状态下更易于操控。
低速高攻角下的飞行控制: 鸭翼尤其在低速、高迎角飞行时效果显著,能够帮助飞行员更好地控制飞机,避免失速或进入不可控状态。

鸭翼的缺点与劣势:
对隐身性的负面影响: 这是鸭翼最受诟病的地方。鸭翼本身会增加飞机的雷达反射截面积(RCS)。金属舵面在转动时,会产生棱角,容易将雷达波反射到敌方雷达。此外,鸭翼与机身、主翼的连接处也可能成为雷达波的散射点。因此,为了实现“隐身”这一核心目标,采用鸭翼就意味着设计者必须在鸭翼的形状、表面处理以及与机身的整合方式上付出巨大的努力,以尽量减小其隐身劣势。
结构复杂性与重量增加: 鸭翼是独立的操纵面,需要独立的伺服机构,这增加了飞机的结构复杂性、重量和维护成本。
设计与飞控系统的协同要求极高: 鸭翼的优势发挥,高度依赖于先进的电传飞控系统。飞控系统需要精确计算并实时控制鸭翼的角度,以达到预期的气动效果。一旦飞控系统出现问题,鸭翼的负面影响可能会被放大。
高速性能的影响: 在超音速飞行时,鸭翼可能会增加气动阻力,并可能产生一些不必要的颤振问题,尽管现代设计可以通过优化鸭翼形状和飞控来减轻这些影响。

那么,J20的鸭翼是错误的选择吗?

我认为不能简单地定论为“错误”,而应理解为一种充满挑战的“折衷”和“取舍”。

支持“非错误”的观点:
设计目标的多样化: J20的设计目标可能并非是“纯粹的隐身”,而是要在隐身、机动性、打击能力、航程等方面取得平衡。如果设计者认为在当时的条件下,鸭翼带来的机动性提升是其整体性能提升的关键一环,那么它就不是一个错误的决定。
隐身技术的进步: 现代隐身设计早已不是简单的“藏”起来,而是通过雷达吸波材料(RAM)、气动外形优化、结构内部处理等多种手段综合实现。J20的鸭翼设计在很大程度上融入了这些先进技术,力求将隐身劣势降到最低。例如,通过鸭翼与机身的融合设计,减小缝隙;通过精确控制鸭翼的角度,避免形成指向性强的雷达散射;可能也使用了特定的吸波涂层。
实战需求: 空战的环境是动态变化的。虽然隐身能让你先敌发现、先敌开火,但一旦进入近距离格斗,极高的机动性就能成为决定胜负的关键。鸭翼的设计很可能就是为了应对这种“近身战”的需求。
“看到”不代表“有效暴露”: 即使有鸭翼,其雷达反射信号可能不足以被现有的大部分远程雷达探测到,或者说,其暴露的概率远低于没有鸭翼的战斗机在格斗中可能出现的风险。

质疑“非错误”的观点:
更高的隐身潜力: 如果放弃鸭翼,采用更符合隐身原则的气动布局(如纯边条翼或无前翼设计),理论上可以获得更好的隐身性能。这种牺牲一部分机动性来换取更强隐身优势的设计,也是一种可行的路径。例如,F22和F35就未采用鸭翼(F35使用了类似的可动边条翼,但结构和功能有所不同)。
技术发展的方向: 随着矢量推力技术的发展,一些飞机通过控制发动机喷口的偏转,也能获得极高的机动性,这可能会在一定程度上“替代”鸭翼的作用,且可能对隐身性能的影响更小。

总结来说,J20的鸭翼是一种大胆的设计尝试,它在追求极致机动性的同时,也承担着对隐身性可能产生影响的风险。将其评判为“错误”还是“成功”,很大程度上取决于设计者在多重约束条件下所做的权衡是否达到了预期的效果,以及这些效果在未来的实战中是否能够转化为决定性的优势。

如果非要说“错误”,那可能更多地是站在一个“如果只追求绝对隐身,那么鸭翼可能不是最佳选择”的角度。但如果考虑到J20的综合设计目标,它是一种非常有争议但未必是失败的方案。正如宋文聪的理论所强调的,任何设计都是一系列妥协与平衡的艺术。

网友意见

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美国人说啥就信啥的槽点就都是后面的就不说了,最开头的苏-35的矢量尾喷管跟J10上的是一个东西吗?这个都能搞混的文章,就别浪费自己时间了,看完这几十个字,微笑着点关闭就行了,要是有举报功能就顺便举报一下吧。

追追剧看看番都比看这种文章有意义的多。

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被拜鹰教软骨兔们奉为圭臬的所谓鸭翼最好放在敌机上的说法源自 F-16 研发过程,针对的是通用动力 772 号方案 (上)。

70 年代初高性能战斗机刚刚开始利用涡升力现象提高大迎角机动飞行时的升力系数,鸭翼为固定式以规避全动鸭翼与主翼之间的涡流场非线性耦合 (当时无论是空气动力理论水平还是电传飞控系统的信号处理能力皆无力应对这一棘手问题),772 方案的近耦合固定鸭翼俯仰控制权限远低于 J-10 的全动鸭翼,主要起到固定的涡流发生器作用。相比之下,放宽静稳定度后的 F-16 采用全动平尾获得了更大的俯仰控制权限,以边条翼实现了涡流发生效果。展弦比较大,前缘后掠角相对温和的梯形翼亚音速诱导阻力小,机动飞行时能量流失较慢,中单翼易于实现翼身融合,获得减阻减重增升增容的多重收益。

理论上 772 的大后掠角鸭翼 + 三角翼超音速性能更好,但常规布局方案重量较轻,推重比高,部分抵消了 772 的超音速气动性能优势,况且皮托管进气道在马赫 1.5 以上情况下总压恢复急剧下降,772 气动布局的高速性优势实际上无从发挥。本质上 F-16 围绕高亚音速咬尾格斗设计,强调中空高亚音速持续转向率和敏捷性,常规布局对前者有利,放宽静定度加力臂较长的全动平尾对后者有利。772 的超音速性能整体而言与 F-16 相当,亚音速瞬时转向率 (取决于最大升力系数和俯仰控制力矩) 很难占到上风,亚音速持续转向率明显不如 F-16,敏捷性亦因横滚率较低 (非全动鸭翼控制权限不足,副翼力臂较短) 而无法与 F-16 竞争,空重和复杂性 (源自鸭翼与主翼的相互干扰) 则均高于 F-16,遭到通用设计团队排斥是理所当然的,但这并不意味着鸭式布局天然地不如常规布局,而是反映了时代的局限。

萨伯 37 是涡升力崭露头角之时设计的鸭式战斗机,采用大型固定鸭翼作为涡流发生器以提高短距起降性能,为减少鸭翼下洗流对主翼(非涡)升力特性的影响,将主翼内侧切去一刀。

被众多软骨兔认作 J-10 爸爸的以色列 Lavi 打击战斗机,其超近距耦合鸭式后掠翼设计实乃航空史上之奇葩。受到鸭翼下洗流影响,主翼内段局部有效迎角显著下降,却未采取切角 (萨伯 37) 或大幅度向上扭转 (J-10) 的措施加以补偿,大迎角飞行时将出现提供大部分升力的主翼内段尚未失速,安装着副翼,负责横滚控制的外翼段即已失速的糟糕情况。此外后缘襟翼和鸭翼的纵向操纵力臂皆偏短,高升力系数大迎角飞行时将难以产生足够的低头力矩,一旦失速即无法改出,难怪可用迎角受到严厉限制。幸好 Lavi 最终胎死腹中,否则多半成为又一个寡妇制造者。

从雷达隐形角度考虑,气动控制表面越少越好,何况寡姐处于干净流场之中的蝶形尾翼面积大,力臂长,无论在 1.5-1.8 马赫的超音速超视距空战,还是 0.8-0.9 马赫 (2 马赫级超音速战斗机持续转向率最高的速度段) 的亚音速格斗空战中均具备足够的控制权限,只是无法满足所谓 60 度迎角可控的过失速机动性要求而已。过失速机动只能在长时间反复缠斗,空速已降至极低水平后才可能实施,由于惯性的存在,拉机头改变的只是飞机的姿态而非飞行方向,若在高速飞行时突然大角度拉起,巨大的气动压力将瞬间令战斗机四分五裂,离谱的负向加速度亦会使飞行员化为肉泥。就算战机及其驾驶员得以生还,在强烈侧风环境中发射的格斗导弹也无法正常工作,离开发射轨道后不撞上载机就属万幸了。过失速机动性唯一的战术价值在于低速火炮格斗,除了看空战烂片至大脑化为浆糊者之外没人会去干这种傻事。

寡姐虽好,但对于灯塔国而言,风险最低的方案仍非常规四尾的 F-22A 猛禽莫属,其整体设计完成度较高,常规平尾超音速俯仰控制能力不足的问题依靠已在 F-15 技术测试平台上玩得烂熟的推力矢量得到解决。而寡姐的小长径比蛇形超音速进气道,蝶尾先进常规气动布局,热抑制尾喷管等都存在极大的不确定因素。

猛禽的基本气动布局完成于 386/486 时代,机头涡加边条涡已经够麻烦的,弄成类似于 J-20 的升力体边条鸭式布局非得让洛克希德-波音-通用动力团队的技术人员集体吐血不可。正如同阳顶天内力不足强练乾坤大挪移乃自取其辱,在计算流体力学尚不成熟,电脑运算能力亦颇为有限的 80-90 年代,J-20 的先进鸭式即使对技术积累深厚的 MD 而言也属心有余而力不足。某种程度上可以认为 MD 实力太强,每代战斗机皆先人一步,因此在研制第三代战斗机时错过了大幅度放宽静稳定度加全动鸭翼的浪潮,到了四代机再次由于前进速度太快而未能等到以 J-20 为代表的先进鸭式布局瓜熟蒂落。

娘娘与 DSI 进气道无缘同样是因为性能边界推进速度太快。

J-20 的涡流场极其复杂,飞控编写难度巨大,对飞控电脑的算力要求也远远超过常规飞机。美版 J-20 对 ATF 项目时的 MD 航空企业而言,非不为也,实不能也。何况 J-20 超音速机动性较蝶形尾先进常规略胜一筹,超音速巡航性能则稍有逊色,低可观测性与寡姐相比存在明显差距,与娘娘相比也有所不及。发动机技术一骑绝尘且优先关注密布传感器的欧洲战场的 MD 若真要发展五代半型号,也将选择寡姐那样强调隐形性能的蝶形尾先进常规,而非 J-20 般为超音速飞行性能不惜局部放水雷达隐形性能的先进鸭式。

鸭式布局本身并不是什么高科技。

J-20 的气动布局也不是什么天才构想,而是无数个风洞小时的积累 & 几代投产或流产的型号迭代之后水到渠成的历史必然。

到现在还相信所谓 "天才构想" 的都应该回炉重修 1000 个课时的工业时代科技发展史。

J-20 气动布局的创新之处在于将鸭式与边条翼 & 升力体揉在一起,超音速,跨音速,亚音速气动性能都非常出色。其鸭翼兼具常规俯仰控制,涡流发生,涡流操控的三重功效,整机对涡流场的利用水平远远超过了之前任何机型。

当然该气动布局并不完美 - 所有设计都是妥协的产物。J-20 在气动布局方面最主要的缺陷就是亚音速巡航升阻比不好 (涡升力的价值体现在大迎角大过载机动飞行状态,对巡航性能不起作用),执行防御性巡逻任务时的滞空时间不如常规布局飞机,携带高阻重型外挂武器时的航程载荷也不如常规飞机。

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我就简单说说鸭翼


飞机想飞行,必须让机翼产生的升力和飞机自身的重力平衡。

但是简单的平衡只能让飞机悬浮。就像船直线行驶在水中。如果想改变姿态,就需要一个舵。

无论常规气动布局和鸭翼布局,主要提供升力的机翼都是主翼面。

常规气动布局,机翼的位置是主翼面的后方,在抬头的时候,是尾翼前方向下偏转,产生负升力,或者说向下的力,来把飞机的机头压起来的。

而鸭翼呢?

鸭翼产生的是向上的力。

因为鸭翼处于主翼面前方,在飞机需要抬头的时候,鸭翼前方向上偏转,产生向上的力,抬起机头。

这二者都可以让飞机平稳飞行。主要存在两个问题,一个是飞机在飞行途中,重力是不断变化的。战斗机需要发射导弹,抛弃副油箱,重力变化尤其激烈。所以需要控制飞机姿态的机翼长时间处于某一角度,给飞机一个控制量,来让飞机恢复平稳。这叫做配平。

就好像你的船装的货物左重右轻,一开起来向一边倾斜,你要想让船直线行驶,你就要让船舵始终保持一个角度,这样船就可以一直直行了。

现代战斗机,一般采用静不稳定构型,也就是飞机两个机翼产生的升力的作用力重心,在飞机质量重心的前方。至于为什么,这里暂时不展开。

当承载了更重的负重之后,位于飞机重心前方的升力必须更大,也就是产生使飞机抬头的力,才能让飞机平稳飞行。

常规气动布局需要尾翼产生更大的负升力。而鸭翼布局需要鸭翼产生更大的正升力。

这二者的区别很明显了。鸭翼布局下鸭翼也是产生升力的。抬起相同重力的物体,鸭翼布局是鸭翼和主翼面一起起作用,需要的主翼面面积更小。采用相似面积的主翼面的情况下,鸭翼产生的升力更大,可以承载更重的负重。更加节约需要的推力。

而四代机还必须面对因为超音速而带来的气动变化。超音速之前和之后,飞机的气动会产生很大的变化,故需要较大角度的舵面偏转来进行配平。

所以对四代机而言,鸭翼布局有是有优势的。

(随便上一张图缓解阅读文字带来的视觉疲劳)

另外一点是失速。

没一片机翼都会同时产生升力和阻力。当机翼与空气流向的角度,也就是迎角,增大,那么产生的升力和阻力会同时增大。

当阻力大于升力,或者当偏转角度过大,机翼的升力开始下降,在或者是其他原因,机翼效能开始下降。我们就说这片机翼失速了。

传统布局上,尾翼是向下偏转的。尾翼向下偏转导致机头上扬,在飞机进行抬头动作的时候,尾翼与空气的角度始终小于主翼面。因此主翼面发生失速会早于尾翼。因此飞机更容易陷入不可控制的失速状态。


而鸭翼布局想要抬头,是鸭翼向上偏转。鸭翼的角度始终大于主翼面,当飞机的角度逐渐增大,鸭翼会先于主翼面失速,不再提供抬头的力。鸭翼不提供抬头的力了,飞机整体抬头的动作也就中止了。

实际的情况要更复杂一些,因为有襟翼,前缘襟翼,和飞机飞控的参与。而且主翼面和舵面的失速角度肯定不是一致的。

不过鸭翼布局因此可以获得更好的操作性,这也是肯定的。

另外鸭翼布局因为鸭翼可以进行大角度偏转,在动作过程中会一定程度上影响流向主翼面的空气流动,产生比常规布局更大的滚转力。

如果配合坚固的三角翼,在机翼外侧的位置设置副翼,滚转性能普遍比常规气动高。


尤其是和su27和f14

相比因为二者都没有主翼面外侧的副翼,f14干脆没有副翼,而且都是发动机吊舱分开布置,重心靠外,力臂长,f14外侧还有控制可变后掠翼的装置,进一步恶化了滚转性能。





另外鸭翼可以制造洗过机身的涡流,它的作用我一句两句说不清,主要体现在横向安定性和升力方面。

总之如果能制造可控的,流经机翼上表面的涡流,对飞机是有好处的。

在飞机表面刻意制造一些特意形状的凸起,就可以制造涡流





f18和枭龙的边条可以拉出极具观赏性的漂亮涡流,幻影2000的小装置也是这个作用

而鸭翼,恰恰也是极好的制造涡流的装置





航展上腾云驾雾的歼20,同样用边条制造涡流,但是进气道边缘,鸭翼,同样在也是可靠的涡流制造装置。

因此歼20气动设计的前卫和大胆,可见一斑。

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又想起一点东西,随便说说,顺便吐槽一个人

教大家一个肉眼当风洞的方法

如果想知道一台飞机的重心和气动中心位置,我们该怎么做呢?

看起落架

在飞机起飞的时候,是以主起落架,一般也就是后面的两个起落架作为支点,靠尾舵或者鸭翼的操作,把飞机抬起来的。

那么,如果起落架太靠后,抬起机头的时候就会很困难,因为力臂太长,需要付出更大的力来抬起机头

所以我们把以起落架向上做一条垂直于地面的线,再做一条与垂直线之间角度15到30度的线,飞机的重心位置基本会在这个区域以内。

飞机的重载挂载点,也就是油箱,反舰导弹挂载的地方,一般也在重心位置附近。

而飞机的气动中心,一般在重心前方,气动弦长的百分之五到百分之十五,中立稳定和放宽静稳定的飞机则可以是与重心重合的。



因此,肉眼观察一架飞机,其实是可以看出很多事的。

当然,是通过细致的分析,缜密的推理,最终得出的,也只是一个估量出来的大致结论。要知道更确切的结论,起码在计算机里跑一个气动模型的有限元分析。最好当然是有模型吹风洞。

因此对于某些言之凿凿的说法,在下一直是持怀疑或者无视态度的。



是的,再次上图缓解疲劳


而在航展出现的飞行表演,其实参考性很有限。

因为作战状态下,战斗机通常会挂有导弹,燃油也会比航展状态充裕。

导弹和导弹的挂架会产生阻力影响战斗机的气动,而燃油则会影响重心位置进而影响飞机的静稳定度。

一台十几吨的重型战斗机,内部的燃油经常在6吨到11吨,带来的重心变化显然不会很小。甚至有些飞机在满载燃油的情况下会从静不稳定变成中立稳定。

这样说,航展上就好像赤裸上身,穿着宽松的武术裤,拿着白蜡木花枪耍把事,战场上是披着几十斤的铁浮屠,拿着硬木马槊冲阵。二者的区别不言而喻,要不然也不会有专门的飞行表演机和飞行表演队了。

因此想从航展和少数照片看出点什么的人…

我祝你过得愉快

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