鸭翼

位于主翼前的仰俯控制面

鸭翼(canard,又称前置翼,前翼),是一种飞行器配置的称呼。 这种配置的特点是将水平稳定面放在主翼前面,而一般是将水平稳定面装在后面,称为尾翼。

使用这种配置方式的优点是可使主翼上方产生涡流,可提高失速攻角。而缺点为较容易造成不稳定。

鸭式布局

气动布局优势

鸭式布局:座舱两侧有两个较小的三角(鸭翼)翼,后边是一个大的 三角翼飞机 。比如中国的 歼-10 、 歼20 、 欧洲 EF2000。

鸭翼(英文canard)之所以得名是来自于 法语 的鸭子,因其配置在前方,像是鸭子蹼一样。

早在1903年,莱特兄弟的 飞行者一号 就使用前翼配置,但是在莱特兄弟以后,大部分的飞行器改采用尾翼配置。一个可能的原因是要避免使用莱特兄弟的专利,另一个主要原因是使用前翼配置较不容易稳定,早期的技术较不发达,使用前翼很难设计,尤其民航机对稳定性的要求非常高,所以也不可能采用前翼配置。

因为线传飞控的进步,终于在1960年代,XB-70超音速实验机采用前翼配置证明前翼配置可行。加上前翼的操控性比较好,所以近几年来,许多先进战机常常采用前翼设计,如Su-47。当然也是有 客机 使用前翼的例子,如Tu-144。

采用鸭式布局的飞机的前翼称为“鸭翼”。战机的鸭翼有两种,一种是不能操纵的,其功能是当飞机处在大迎角状态时加强机翼的前缘涡流,改善飞机大迎角状态的性能,也有利于飞机的短距起降。真正有可操纵鸭翼的战机有中国的 歼-10 、欧洲的EF-2000、 法国 的 阵风战斗机 瑞典 的 JAS-39战斗机 等。这些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。在降落时,鸭翼还可偏转一个很大的负角,起减速板的作用。据称, 俄罗斯 下一代的飞机也考虑使用鸭式布局。

鸭式飞机优势

鸭式飞机的主要优点是配平阻力比较小,具有较大的升阻比。通常飞机增大迎角、增大 升力 时会产生低头 力矩 。鸭翼处于飞机重心之前,增大机翼迎角和升力时,鸭翼出现正偏转,产生正升力(正常布局飞机平尾出现负偏转,产生负升力),用抬头力矩加以平衡,使全机升力增大。为了获得预定的升力,飞机迎角就要小于正常布局飞机的迎角。鸭式飞机的配平阻力显著小于正常布局飞机,因此具有较高的升阻比。鸭翼布局可通过产生正升力改善飞机的起降性能,实现起飞距离缩短和爬升效率提升,尤其适用于短跑道或简易机场环境。此外, 鸭式飞机 能够以较小的机翼面积产生较大的全机 升力 ,有助于减轻飞机的结构重量。

另外, 鸭式飞机 可以用较小的机翼面积获得较大的全机升力,有利于减轻飞机的结构重量。此外,由于鸭翼距飞机重心的距离较短,大迎角飞行时,鸭翼的迎角一般大于机翼的迎角,鸭翼首先出现气流分离,导致飞机低头,使鸭式飞机不易失速,有利于飞行安全。但也往往使作为飞机主 升力 面的机翼承载能力得不到充分使用,使飞机的最大升力不及正常布局飞机大。由于机翼后缘离飞机重心较远,当后缘襟翼放下较大的角度产生较大的低头 力矩 时会使鸭翼负担过重。 鸭式飞机 的着陆性能较差。

特点

鸭翼控制的优点是尽管作动器将占据一定的弹头空间,导航、制导与控制子系统可安装在一起。此外,与尾翼控制相比,鸭翼为静稳定 导弹 提供了一个向上的过载,以利于其更快响应侧向加速度指令。

鸭翼控制主要有两方面的缺点。其一,鸭翼在大迎角情况下容易失速。 使用前置固定鸭翼缓解这一矛盾。其二,对于鸭翼和其他机翼间存在相互干扰.鸭翼有可能在导弹上诱导产生一个滚转力矩。通常采用自由滚转机翼或白内滚转鸭翼来克服这一问题。

分类

名义上可将鸭翼布局分成两种形式:

(a)长 耦合 :鸭翼 气动 中心在飞机重心前4倍或多倍于机翼平均弦长的位置。

(b)近耦合或短耦合:鸭翼气动中心在重心前不超过3倍于机翼平均弦长的位置。这种鸭翼布局一般比机翼的位置高。鸭翼力臂长一般不少于机翼平均弦长的80%。

鸭翼隐身性能

一般来说鸭翼与主翼处于同一平面比较有利于隐身的处理(如 美国 的X-36验证机),而鸭翼与主翼处于不同平面比较有利于涡 升力 的运用(如 阵风 ,台风,鹰狮, 歼-10 )。但这并非绝对化,可以通过改进鸭翼与主翼设计来取得隐身和 气动 的平衡(如2013年网上曝光的中国新一代战斗机 原型机 ,其采用了鸭翼上反和主翼下反的设计,有望在隐身和气动上取得较好的折中效果)。

另外,“鸭翼布局都影响隐身性能”没有任何实际依据(估计是受美国人那一句“鸭翼最好装在敌人的飞机上”的影响)。 美国 ATF计划和 美国联合攻击战斗机 计划在竞标过程中就出现过大量的鸭式布局方案,JSF计划的前身JASF计划的验证机就是一架鸭式布局的飞机,而JASF全尺寸鸭式布局模型的RCS测试结果是与常规布局并无太大差异。

四代自出现后,中国军迷们一直关心它的性能,并常与其他 五代机 对比,中国的五代飞机是唯一采用鸭翼布局的,其他三种五代机F22、 F35 、 苏-57战斗机 都是正常式布局,按美国人的说法,鸭翼布局的隐身能力不及正常式布局,军迷们一直有忧虑。从理论上说这种说法自有依据,飞机隐身首先是靠外形,要让飞机各方向雷达反射面不能和照射来的雷达波呈垂直角,让雷达波不能原向反射,而是集中到几个有限的角度,其次才是用隐身漆减小反射。所以机翼线条呈倾斜状并尽量平行,开口呈锯齿形、机身使用倾斜平面而不是 曲面 以免其中一部分和雷达波呈垂直角。

鸭翼的问题是可以把线条做得符合角度,但鸭翼一旦转动,角度就会变化,并且前端有尖锐角,会加大反射,而正常式布局 尾翼 在主翼之后,正面雷达波照来时主翼可以先反射一部分雷达波,这样照到尾翼上的雷达波比较少,即使尾翼转动,反射的雷达波也很少并且会被主翼后缘挡掉一部分,这就是正常式布局隐身性比鸭翼好的理论依据。但 中国 五代十国 使用了鸭翼,是为了提高机动性而牺牲了一点隐身性。

参考资料

  1. 鸭翼 知乎 2024-11-17
  2. “鸭翼”与其说是一种机翼,不如说是一种布局 网易 2024-10-20
  3. 概述 全知识 2024-10-20
  4. 评中国LFC-16轻型高敏捷性战斗机 新浪网 2025-06-08
  5. 鸭翼 科普中国网 2024-10-20