鸭式飞机( 二 )


鸭式飞机

文章插图
鸭式飞机因有前翼而不易失速,有利于简化飞机驾驶和保证飞行安全 。这对于构造简单的低翼载轻型和超轻型飞机来说是宝贵的 。近距鸭式布局飞机在气动上的最大特点是它能与机翼产生有利干扰,推迟机翼的气流分离,大幅度提高大迎角的升力和减小大迎角的阻力,对提高战斗机的机动性有很大好处,此外还有:(1)现代先进战斗机都採用主动控制技术.为亚声速静不稳定的设计,鸭面载荷减小,这对减小配平阻力和提高配平能力有利 。(2)对重心安排有利,现代战斗机的推重比都很高,发动机重量加大,重心后移 。另外由于超声速性能的需要,一般都採用大后掠角小展弦比的机翼,由于这两个原因的影响,平尾布局的飞机尾臂减小,为保证操纵和稳定性的要求,要加大平尾面积,对重量和重心都不利 。由于机翼和平尾之间的距离很近和平尾面积增大,对阻力产生不利影响 。鸭式飞机由于鸭翼在机翼之前,不存在此问题 。(3)根据鸭式飞机布局的特点,鸭式飞机一般都採用大后掠角三角机翼 。鸭式布局飞机比平尾和无尾飞机更容易实现直接力控制,其纵向面积分布较好,另外由于没有平尾及其支持结构,机身后部外形光滑流线 。由于这些原因,鸭式飞机的超声速阻力较小 。(4)鸭式飞机比平尾和无尾布局的飞机更容易实现直接力控制,这对于提高战斗机的对空和对地的作战能力有很大好处,鸭翼差动配以方向舵操纵可实现直接侧力控制,鸭翼加机翼后缘襟翼操纵可实现直接升力控制和阻力调节 。
鸭式飞机

文章插图
(5)鸭式飞机的低空驾驭性较好,因为,鸭式飞机一般採用大后掠小展弦比机翼,它的升力线斜率较低,鸭翼位置靠近驾驶员,有利于突风缓和系统的套用 。(6)现代先进战斗机一般都採用矢量推力控制,这对于弥补大迎角操纵能力的不足,提高机动性和实现短距起落都很有好处 。由于鸭翼离开发动机喷口很远,鸭式飞机的重心离喷口距离也较远,不但矢量推力的操纵效率较高,比较容易实现配平,而且鸭翼配平力的方向与矢量推力的方向一致,因此鸭式布局飞机更适合于矢量推力控制的套用 。(7)鸭式飞机的俯仰操纵不一定靠鸭翼,还可以利用机翼后缘襟翼做辅助操纵,因此鸭翼的面积可以较小,再加上鸭式飞机一般採用大后掠角小展弦比机翼,这些对重量都有好处,鸭式飞机在相同总重的情况下,其翼载较轻(正常布局飞机的机翼要承担全机重量的102%,而鸭式飞机的机翼只承担飞机重量的80%,其余由鸭翼承担),不但可以改善鸭式飞机因不能充分使用后缘襟翼而使着陆性能较差的缺点,而且对提高飞机的机动性很有好处 。缺点在大迎角时,前面的鸭翼总是处于较机翼更大的迎角状态下 。这主要是飞机平衡的需要,另外也是由机翼对鸭翼的影响(上洗)造成的 。这样,当鸭翼上的气流分离时,机翼的升力还远未达到它的承载极限 。由于鸭翼承载能力的限制,全机的升力反而不如正常式飞机大 。此外,由于机翼后缘距飞机重心(CG)较远,如用后缘襟翼增升,则较大的低头力矩会使鸭翼负担过重 。因此鸭式飞机起飞着陆性能不好,一直没有得到广泛套用 。鸭式飞机的缺点和问题主要有:(1)鸭翼处在机翼的上洗气流中,在大迎角或鸭翼大偏度时有失速问题,影响操纵和配平的能力 。为此鸭面一般採用大后掠和小展弦比的平面形状,虽然这样可以缓和失速,但同时带来鸭面升力效率降低的问题 。(2)与平尾飞机相比,鸭式飞机的横侧气动特性存在较多问题,鸭翼涡对垂尾的不利干扰,保证良好的大迎角横侧稳定性是鸭式飞机设计的一大难点 。鸭面的不同偏度对横侧气动特性可能产生不同的影响,使达到可接受的横侧气动特性的问题更加複杂化 。(3)鸭式飞机的起飞着陆性能受鸭翼配平能力的限制,不能使用后缘襟翼,或者只能使用很小的偏度,为解决这一问题,有时要在鸭翼上採用前或后缘襟翼,甚至採用吹气襟翼,使问题複杂化也增加了重量,採用静不稳定设计可能缓和或解决此问题 。(4)平尾布局的飞机用差动平尾加副翼操纵可以得到很高的滚转率 。而鸭式飞机一般採用大后掠角小展弦比的鸭面,差动时的横向操纵效率不高,而鸭式飞机的机翼后缘襟翼往往还要当做俯仰操纵面使用,着陆时还可能要做增升襟翼,这些都限制了后缘襟副翼的横向操纵能力,因此鸭式布局飞机的横向操纵能力比平尾飞机要差 。(5)在採用ACT和亚声速静不稳定设计,由于存在:①大迎角低头操纵力矩要求;②鸭翼载荷过大带来配平阻力增大和最大配平升力降低的问题 。与平尾布局飞机相比,鸭式布局飞机不能採用太大的亚声速静不稳定度,以免影响其优势的发挥 。(6)现代先进战斗机为了获得最佳的气动效率,首先要对基本机翼进行最佳化设计,例如採用程式控制的前后缘襟翼和机翼弯扭 。它不但改善了大迎角时机翼的分离状况,对鸭式布局来说,也削弱了其控制机翼气流分离和提高大迎角升力的优点 。任何改善机翼气流分离的措施都会有同样的效果 。例如机翼边条,这些都影响鸭式布局的优势 。型号举例Saab-37瑞典研製的saab-37是当今鸭式飞机的典型代表 。