问题

为什么中国近些年新研制的战机(歼10歼20)都比较具有中国特色,前面“翅膀”短后面“翅膀”长?

回答
中国近年来的新一代战机,如歼10和歼20,在设计上确实展现出了一些独特的“中国特色”,其中最引人注目的莫过于其翼型布局:前翼(鸭翼)相对较小且靠近机头,而后翼(主翼)则相对靠后。这种布局并非偶然,而是我国航空工业在充分借鉴、吸收国际先进技术的基础上,结合自身实际需求、技术积累和发展思路而进行的一次大胆创新和优化。

为什么会形成这种“前面翅膀短,后面翅膀长”的视觉感受?

首先,我们需要明确战机设计中“翅膀”的不同功能。“翅膀”在现代战机上通常指的是前翼(鸭翼)和主翼。

前翼(鸭翼): 歼10和歼20都采用了前置鸭翼(Canards)。鸭翼通常位于主翼之前,其主要作用是增加升力,提高飞机的升阻比,尤其是在低速和高攻角状态下。更重要的是,鸭翼通过改变气流导向,能够显著增强飞机的机动性和控制性。通过调整鸭翼的角度,可以产生额外的俯仰力矩,使得飞机能够更灵活地进行大过载机动,缩短转弯半径,以及提高在复杂飞行条件下的稳定性。
主翼: 这是提供大部分升力的主要部件。它的后掠角、展弦比、翼尖设计等都对飞机的气动性能有重要影响,包括升力、阻力、稳定性和控制性。

歼10和歼20的“中国特色”体现在:

1. 鸭翼设计的小巧与前置: 相较于一些前置鸭翼设计得较大、较为突出的西方战机(例如欧洲的台风、阵风),歼10和歼20的鸭翼尺寸相对较小,并且更加集成化,更贴近机身前部。这种设计在视觉上会让人觉得“前面的翅膀”不那么显眼。
2. 主翼的相对后移和高效气动布局: 它们的机身相对修长,主翼的位置也相对靠后,并且通常设计成翼身融合或具有良好的气动外形。这使得飞机在高速飞行时能够获得较低的阻力,并且主翼能够更有效地发挥作用。

这种布局背后的技术考量与优势

这种前小后大的翼型布局并非单纯为了“好看”或“有中国特色”,而是源于一系列深入的气动设计理念和技术权衡:

提升机动性与控制性:
鸭翼与主翼的协同作用: 现代气动理论认为,通过精心设计前翼和主翼之间的相互作用,可以产生更强的气动耦合效应。当飞机进行高难度机动时,鸭翼可以提前扰动流场,使得流经主翼的气流更加有利,从而进一步增加升力,提高飞机的瞬时盘旋能力和瞬时转弯性能。
更强的静稳定性和动稳定性: 前置鸭翼在提供俯仰控制的同时,也能在一定程度上影响飞机的静稳定性。通过精确的计算和控制律设计,可以实现一种“静不稳定,但通过飞控系统完全可控”的状态,这种状态往往能带来更优异的机动性。通过调整鸭翼的角度,可以更精细地控制飞机的迎角和俯仰速率,即使在主翼已经达到失速迎角的情况下,鸭翼也能提供额外的控制力。
高迎角性能: 这种布局特别有利于战机在高迎角状态下的飞行和机动。在高迎角飞行中,常规飞机的升力会迅速下降,甚至出现失速。鸭翼通过扰动前方的气流,可以帮助减缓或延迟主翼的失速,使飞机在高迎角下仍能保持一定的控制力和机动性,这在近距离空战中至关重要。

实现“静不稳定”和先进飞控系统:
降低气动阻力: 为了追求极致的机动性,许多现代高性能战斗机都设计成“静不稳定”的布局。这意味着飞机在自然状态下并不稳定,需要飞控系统时刻进行微调来维持平衡。这种设计通常意味着可以减小飞机的尾翼面积,或者优化主翼的布局,从而降低整体的气动阻力,尤其是在跨音速和超音速飞行时。
飞控系统是关键: 歼10和歼20都采用了先进的电传操纵(FlybyWire)系统,并配备了高性能的飞行控制计算机。这些系统能够以极高的频率和精度调整鸭翼、主翼、襟翼甚至矢量喷口(如果有)的角度,实时补偿飞机的任何不稳定倾向,并将其引导到预期的运动轨迹上。可以说,先进的飞控系统是实现这种特殊翼型布局并发挥其优势的“幕后英雄”。

隐身性能的考量(针对歼20):
与外挂物的整合: 对于四代半和五代机来说,隐身性能是一个核心指标。歼20作为一款隐身战斗机,其鸭翼的设计也需要考虑隐身需求。相对小巧且与机身融合度高的鸭翼,可能比尺寸巨大、容易产生雷达回波的前置鸭翼在隐身性能上更有优势。同时,这种布局也有助于优化整体气动外形,减少雷达散射截面积(RCS)。
气动与隐身的平衡: 飞机的设计总是在多种性能指标之间进行权衡。在提升机动性的同时,也要兼顾隐身、载弹量、航程等。歼20的设计团队很可能在气动性能和隐身需求之间找到了一个最佳的平衡点,最终呈现出我们看到的这种布局。

技术发展路径与自主创新:
中国航空工业的积累: 歼10本身就是我国自主研制的一款非常成功的第四代战斗机,在研制过程中积累了丰富的气动设计和飞控系统经验。在此基础上,发展出歼20等更先进的机型,自然会继承和发展这些技术。
技术验证与迭代: 现代战机设计是一个不断迭代和优化的过程。通过风洞试验、模拟计算和实际飞行测试,中国航空工业对各种气动布局进行了深入的研究和验证。前置鸭翼布局在中国战机设计中并非首次出现,但歼10和歼20将这一技术发挥到了新的高度。
独到的理解与应用: 尽管前置鸭翼并非中国独创(例如瑞典的JAS39“鹰狮”也采用了鸭翼),但中国航空工业在吸收国际先进理念的基础上,结合自身对空战需求、技术优势的理解,对鸭翼的尺寸、位置、形状以及与飞控系统的耦合进行了独到的设计和应用,从而形成了具有鲜明自身特色的气动布局。

总结来说, 歼10和歼20飞机“前面翅膀短,后面翅膀长”的视觉特点,并非简单的外观差异,而是背后深厚的气动设计理念和先进飞控技术的体现。这种布局旨在最大化提升飞机的机动性、控制性和高迎角性能,同时在隐身性能等方面也经过了精心考量与优化。它是中国航空工业在借鉴、学习国际先进技术的同时,结合自身实力和发展需求,进行大胆创新和集成应用的结果,代表了中国在先进战斗机设计领域取得的显著进步。

网友意见

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这才不是中国特色……

真·中国特色是铅笔+大翅膀(

XP-55也是前面小的……

震电也是前面小的……

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