设计需求之后,设计方可以有多种布局供选择。这些布局各有所长,也各有所短;可能可以满足使用方的所有要求,也可能只能满足大部分要求(这种情况是最多见的)。飞机总体布局的选择过程,就是设计方结合设计需求对各类布局的权衡取舍过程。影响决策的因素很多,但归根到底就一条:以设计方和制造方所掌握的技术,能够实现使用方的要求。所以,无论是对设计方还是对使用方来说,没有“最好的气动布局”,只有“适用的气动布局”。
50年代军用飞机冲击2倍音速的时候,大后掠三角翼也曾经大受美国军机厂商的推崇:康维尔F-102/F-106系列,共和XF-103,北美XF-108(最终构形为双三角翼)都选择了三角翼。但大后掠三角翼飞机始终没能赢得美国空军的欢心。是不是说大后掠三角翼飞机就不好呢?这显然没法解释同时代的幻影III和米格-21为何大受欢迎。其实关键就是大后掠三角翼布局(无论无尾式还是正常式),无法满足美国空军的作战需求。在发动机推力不足而又追求最大速度的年代,大后掠三角翼波阻小的优势的确诱人;但当发动机推力不再成为限制飞机最大速度的障碍后,大后掠三角翼对美国空军来说就没有多少吸引力了,反倒是其固有缺点给美国空军一向注重的航程和载弹量带来严重的负面影响。也就是说,美国空军主流战机将大后掠三角翼拒之门外,不是由于这种布局“好”或者“不好”,而是其它布局更适合美国空军的作战需求。当然,对于其它发动机水平滞后的国家,或者不象美国那样强调远程遮断的空军来说,幻影III和米格-21依然是相当不错的选择。
至于飞机的机动性,本身定义涵盖范围就很广,影响因素也有很多,根本无法作出“因为采用了近藕鸭式布局,所以机动性好”这样的结论。即使是在相同技术水平条件下设计出来的不同布局的飞机,也只能说表现各有所长,需要按用户需求进行取舍。
因此,歼-10的总体布局选择,并不是简单的一个“好”字就可以说明的。让我们来看看这样一些事实:
1)鸭式布局的历史和人类航空史一样长,近藕鸭式布局出现于1962年(瑞典Saab-37),以年代来说都不是新鲜事物,后者更不是所谓“三代半”歼击机的特有布局。
2)鸭翼产生正配平升力的说法是有前提条件的,即这种飞机是静稳定的,或者在当时状态下是静稳定的(如超音速状态)。而对于处于静不稳定状态的飞机(放宽静稳定度的现代歼击机进行大载荷机动时往往就处于这种状态)来说,其对比结果恰恰相反:鸭翼产生负配平升力,而正常式飞机的平尾产生正配平升力。也就是说,鸭式布局的升力优势在这种状态下可以说是不存在的。
3)鸭式布局的应用主要有3个目的(可并存):利用鸭翼正配平升力提高全机升力,这一用途多见于早期鸭式飞机和现代轻型飞机,如美国寇蒂斯XP-55,南航AD-100轻型飞机;解决或缓解超音速配平问题,给飞机俯仰操纵面卸载,减小超音速配平阻力,如美国北美XB-70;利用鸭翼对机翼的有利干扰大幅提高飞机相关性能,即近藕鸭式布局,如瑞典Saab-37。对于第一种目的,国内70年代曾经做过相关研究,即“抬”式布局。但这一布局的问题是:如果鸭翼升力不大,那么全机升力收益非常有限;如果要求鸭翼升力明显增大,那么对机翼的下洗也会加大,从而抵消相当一部分收益。在这种要求下按照常规设计的鸭翼,其尺寸/重量/阻力以及操纵系统的功率也会大幅增加;如果希望以动力增升方式增大鸭翼升力,气动干扰就是一道巨大的鸿沟——迄今为止没有一种以此概念设计的飞机成功过,洛克韦尔XFV-12是失败得最彻底的,即使采用低置鸭翼也未能解决不利干扰问题。国内的研究最后也不了了之。
4)近耦鸭式布局的主要优点是:能与机翼产生有利干扰,推迟机翼气流分离,大幅度提高大迎角升力,减小大迎角阻力;通过采用主动控制技术(ACT),可以减小鸭翼载荷,对减小配平阻力和提高配平升力有利;对重心安排有利;配合大后掠三角翼,纵向面积分布较好,机身后部外形光滑流线,超音速阻力小;更容易实现直接力控制,对提高对空/对地作战效能有利;低空操纵性较好,鸭翼位置靠近飞行员,有利于阵风抑制系统的应用。但其缺点也是明显的:鸭翼在大迎角/鸭翼大偏度时有失速问题,一般采用大后掠小展弦比设计以缓和这一问题,但也造成鸭翼升力系数降低;起降及大过载机动时受鸭翼配平能力限制,不能使用机翼后缘襟翼或只能采用很小的偏度——鸭翼采用大后掠小展弦比设计更加剧了这一问题,如果采用加大鸭翼面积的方法,又会加强鸭翼对机翼的下洗,导致机翼升力损失,只能采用静不稳定设计缓和这一矛盾;采用ACT和亚音速静不稳定设计时,由于存在大迎角低头操纵力矩的要求和鸭翼载荷过大带来的配平阻力增大和最大配平升力降低的问题,和正常式布
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