【簡介：】　　大千世界千變萬化，飛機也是形態(tài)各異，大的、小的、胖的、瘦的，四個翅膀的、兩個翅膀的甚至還有一個翅膀的，打個比方，飛機的式樣就像寵物狗一樣，當真是品種豐富，血統(tǒng)復雜。俗話說

　　大千世界千變萬化，飛機也是形態(tài)各異，大的、小的、胖的、瘦的，四個翅膀的、兩個翅膀的甚至還有一個翅膀的，打個比方，飛機的式樣就像寵物狗一樣，當真是品種豐富，血統(tǒng)復雜。俗話說外行看熱鬧，內行看門道，既然飛機的外觀是空氣動力原理決定的，那么這么多種飛機的形狀在飛機設計中就有個稱謂，叫做空氣動力布局。
　　蘇－27的邊條使之具有不亞于鴨式布局飛機的大迎角飛行操縱性，以至于可以做出
　　“普加契夫眼鏡蛇”這樣的高難度動作。

　　我們看到任何一架飛機，首先注意到的就是氣動布局。簡單地說，氣動布局就是指
　　飛機的各翼面，如主翼、尾翼等是如何放置的，氣動布局主要決定飛機的機動性，至于
　　發(fā)動機、座艙以及武器等放在哪里的問題，則籠統(tǒng)地稱為飛機的總體布局。
　　飛機的設計任務不同，機動性要求也不一樣，這必然導致氣動布局形態(tài)各異?，F(xiàn)代
　　作戰(zhàn)飛機的氣動布局有很多種，主要有常規(guī)布局、無尾布局、鴨式布局、三翼面布局和
　　飛翼布局等。這些布局都有各自的特殊性及優(yōu)缺點。
　　EF－2000“臺風”的前翼只有很小的面積，卻有很大的作用?！　?br>
　　常規(guī)布局
　　自從萊特兄弟發(fā)明第一架飛機以來，飛機設計師們通常將飛機的水平尾翼和垂直尾翼都
　　放在機翼后面的飛機尾部。這種布局一直沿用到現(xiàn)在，也是現(xiàn)代飛機最經常采用的氣動布局，因此稱之為“常規(guī)布局”。
　　20多年前，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果在機翼前沿根部靠近機身兩側處增加一片大后掠角圓弧
　　形的機翼面積，就可以大為改善飛機大迎角狀態(tài)的升力。這增加的部分在我國一般叫做“邊條”。新式戰(zhàn)斗機很多都采用這種布局，如俄羅斯的米格－29、蘇－27、美國的F－22、F－16、F－18等。只要看到一型飛機采用了邊條的設計，就可推測到這型飛機是強調近距離格斗性能，適合大迎角、大過載機動飛行的。
　　美國的飛機一直鐘情于常規(guī)布局。雖然美國通過X－31試驗機已經獲得了鴨式布局設計
　　的要領，但在新一代戰(zhàn)斗機F－22亮相時，大家看到的仍然是常規(guī)布局。

　　無尾布局
　　通常說的“無尾布局”，是指無水平尾翼，垂直尾翼還是有的。這種布局，在第二次世界大戰(zhàn)時就開始實用了。德國的火箭動力戰(zhàn)斗機Me－163就是這種布局。60年代采用這種布局的飛機比較多，如法國的“幻影”Ⅲ、美國的F－102、F－106、英國的“火神”式轟炸機等。在無尾布局的飛機上，副翼兼顧了平尾的作用。省去了平尾，可以減少飛機的重量和阻力，使之容易跨過音速阻力突增區(qū)，其缺點主要是起降性能差。
　　無尾布局的飛機高空高速性能好，適合做截擊機用。但其低空區(qū)音速機動性能差，不符
　　合現(xiàn)代飛機發(fā)展趨勢，正逐漸被鴨式布局所取代。
　　鴨式布局
　　鴨式布局，是一種十分適合于超音速空戰(zhàn)的氣動布局。早在二戰(zhàn)前，前蘇聯(lián)已經發(fā)現(xiàn)如
　　果將水平尾翼移到主翼之前的機頭兩側，就可以用較小的翼面來達到同樣的操縱效能，而且
　　前翼和機翼可以同時產生升力，而不像水平尾翼那樣，平衡俯仰力矩多數(shù)情況下會產生負升
　　力。早期的鴨式布局飛起來像一只鴨子，“鴨式布局”由此得名。
　　采用鴨式布局的飛機的前翼稱為“鴨翼”。戰(zhàn)機的鴨翼有兩種，一種是不能操縱的，其功能是當飛機處在大迎角狀態(tài)時加強機翼的前緣渦流，改善飛機大迎角狀態(tài)的性能，也有利于飛機的短矩起降。真正有可操縱鴨翼的戰(zhàn)機目前有歐洲的EF－2000、法國的“陣風”、瑞典的JAS－39等。這些飛機的鴨翼除了用以產生渦流外，還用于改善跨音速過程中安定性驟降的問題，同時也可減少配平阻力、有利于超音
　　速空戰(zhàn)。在降落時，鴨翼還可偏轉一個很大的負角，起減速板的作用。據稱，俄羅斯下一代
　　的飛機也考慮使用鴨式布局。

　　三翼面布局
　　在常規(guī)布局的飛機主翼前機身兩側增加一對鴨翼的布局稱為“三翼面布局”。俄羅斯的蘇－34、蘇－35和蘇－37都采用這種布局。美國在F－18上也試過這種布局，但沒有發(fā)展為生產型號。
　　三翼面布局的前翼所起的作用與鴨式布局的前翼相同，使飛機跨音速和超音速飛行時的
　　機動性較好。但目前這種布局的飛機大多是用常規(guī)布局的飛機改裝成的。三翼面布局的缺點
　　是增加了鴨翼，阻力和重量自然也會增大，電傳操縱系統(tǒng)也會復雜一些。不過這種布局對改
　　進常規(guī)布局戰(zhàn)機的機動性會有較好的效果。

　　飛翼布局
　　早在二戰(zhàn)期間，美國和德國就開始研究這種布局的飛機。現(xiàn)代采用飛翼布局的最新式飛機，就是大名鼎鼎的美國B－2隱型轟炸機。由于飛翼布局沒有水平尾翼，連垂直尾翼都沒有，只是像一片飄在天空中的樹葉，所以其雷達反射波很弱，據說B－2在雷達上的反射面積只有同類大小飛機的百分之一。
　　過去，飛機沒有電傳操縱系統(tǒng)，也沒有計算機幫助飛機員操縱飛機，因此，飛翼式飛機的飛行控制問題一直難以解決?，F(xiàn)代化的B－2采用一套新式的副翼系統(tǒng)來進行方向操縱（請參照上一期今日軍事的B－2圖片）。這種副翼由上下兩片合成，兩片副翼可以分別向上或向下偏轉，也可以兩片合起來同時向上或向下偏轉。當飛機需要轉向時，一側的副翼就張開，增加這一側機翼的阻力，飛機就得到了偏轉的力；如果飛機兩側副面張開相等角度，兩側機翼都增加阻力，就起到減速板的作用；如果副翼面上下兩片結合起來一齊偏轉，機翼一側的副翼向上，另一側的副翼向下，則起副翼作用，使飛機傾斜；如果左右兩側的副
　　翼同時向上或向下偏轉，則這對副翼就能發(fā)揮升降舵的作用。這種多功能舵面主要用來保持或改變飛機的航向，所以稱為“阻力方向舵”。

　　類似B－2這樣的飛翼布局，其空氣氣動力效率高、升阻比大、隱身性能好，但機動性差、操縱效能低，所以這種局面目前只適用于轟炸機。
　　氣動布局形式是氣動布局設計中首先需要考慮的問題。目前飛機設計中主要采用的包括
　　以下幾種：
　　正常布局；
　　鴨式布局；
　　變后掠布局；
　　三翼面布局；
　　無平尾布局；
　　無垂尾布局；
　　飛翼布局。

　　正常布局是迄今為止被使用最多的一種布局形式，目前仍然被應用于各類飛機之上。
　　鴨式布局在早期未能得到足夠的重視，但隨著超音速時代的來臨，鴨式布局的優(yōu)點逐漸
　　為人們所認識。目前廣泛應用于戰(zhàn)斗機之上的近距鴨式布局利用鴨翼與機翼的前緣分離
　　渦之間相互有利干擾使渦系更加穩(wěn)定，推遲了渦的破裂，為大迎角飛行提供了足夠的渦
　　升力，顯著的提高了戰(zhàn)斗機的機動性。此外，采用ACT和靜不穩(wěn)定的鴨式布局的優(yōu)點則更
　　為突出。
　　變后掠布局較好的兼顧了飛機分別在高速和低速狀態(tài)下對氣動外形的要求，在六七十年
　　代曾得到廣泛應用，但由于變后掠結構所帶來的結構復雜性、結構重量的激增，再加上
　　其它一些更為簡單有效的協(xié)調飛機高低速之間矛盾的措施的使用，在新發(fā)展的飛機中實
　　際上已經很少有采用這種布局形式的例子了。
　　三翼面布局形式可以說最早出現(xiàn)在六十年代初，米高揚設計局由米格-21改型而得的Е-
　　6Т3和Е-8試驗機。三翼面的采用使得飛機機動性得到提高，而且宜于實現(xiàn)直接力控制
　　達到對飛行軌跡的精確控制，同時使飛機在載荷分配上也更趨合理。
　　無平尾、無垂尾和飛翼布局也可以統(tǒng)稱為無尾布局。對于無平尾布局，其基本優(yōu)點為：
　　超音速阻力小和飛機中兩較輕，但其起降性能及其它一些性能不佳，總之以常規(guī)觀點而
　　言，無尾布局不能算是一種理想的選擇。然而，隨著隱身成為現(xiàn)代軍用飛機的主要要求
　　之一以及新一代戰(zhàn)斗機對超音速巡航能力的要求，使得無尾——特別是無垂尾形式的戰(zhàn)
　　斗機方案越來越受到更多的重視。
　　對于一架戰(zhàn)斗機而言，實現(xiàn)無尾布局將帶來諸多優(yōu)點。首先是飛機重量顯著減少；其次
　　，因為取消尾部使全機質量更趨合理地沿機翼翼展分布，從而可以減小機翼彎曲載荷，
　　使結構重量進一步減輕；另外，尾翼的取消可以明顯減小飛機的氣動阻力，同常規(guī)布局
　　相比，其型阻可減小60%以上；不言而喻，取消尾翼之后將使飛機的目標特征尺寸大為減
　　小，隱身性能得到極大提高；最后尾翼的取消同時減少了操縱面、作動器和液壓系統(tǒng)，
　　從而也改善了維修性和具有了更低的全壽命周期成本。

　　在有垂尾的常規(guī)飛機上，垂尾的作用是提供偏航/滾轉穩(wěn)定性，尤其是偏航穩(wěn)定性，此外
　　垂尾的方向舵還參與飛機的偏航控制。取消垂尾之后，飛機將變?yōu)楹较蜢o不穩(wěn)定，同時
　　喪失偏航控制能力。采用放寬靜穩(wěn)技術之后，無垂尾飛機可以是航向靜不穩(wěn)的，但不能
　　是不可控的。針對這一問題可以采用推力矢量技術加以解決。推力矢量技術作為新一代
　　戰(zhàn)斗機高機動性的主要動力目前已經得到了較為完善的發(fā)展，大量實驗都證明，在無垂
　　尾的情況下，推力矢量具有足夠有效的操縱功能。

　　一個不容忽視的問題是，推力矢量系統(tǒng)發(fā)生故障或者在作戰(zhàn)中受傷后飛機如何操縱。在
　　最低的要求下，推力矢量系統(tǒng)失效后飛機至少還應具有安全返航的能力，因此無垂尾飛
　　機的平飛、不太劇烈的轉彎機動以及著陸所需的偏航控制能力應該能夠由氣動力控制來
　　滿足。作為無尾飛機的余度保險操縱方式之一的是與傳統(tǒng)機翼設計方法完全不同的所謂
　　“主動氣動彈性機翼”（AAW）。在傳統(tǒng)機翼設計中，一般都要保證剛度以使機翼變形最
　　小，而AAW利用機翼的柔度作為一種對飛機進行操縱的方式，它通過使整個機翼發(fā)生一定
　　的變形而得到操縱飛機所需的氣動力。通常規(guī)舵面相比，AAW具有效率高而翼面變形小的
　　特點。除了AAW技術之外，還有其它一些傳統(tǒng)非傳統(tǒng)的氣動操縱方式也可以推力矢量系統(tǒng)
　　的余度保險和補充。它們包括開裂式副翼、機翼擾流板、全動翼梢、差動前翼、非對稱
　　機頭邊條、擾流片-開縫-折流板（SSD）、前緣襟翼等等。

　　無論是采用AAW還是采用氣動操縱面的方式，無尾飛機都需要有全新的飛行控制律。無尾
　　飛機在縱向和航向都將是靜不穩(wěn)定的，這就要求飛機上的各類操縱裝置共同協(xié)作產生所
　　需的各種力和力矩，各操縱裝置還將存在各種線性或非線性的相互干擾，使得控制律變
　　得相當復雜。此外在部分操縱裝置失效的情況下，剩下的操縱裝置需要實時重新構型，
　　并且需要實時地采用新的控制律，即所謂“重構系統(tǒng)”。這些都是無尾飛機設計中需要
　　加以解決的問題。
　　常規(guī)機翼的設計采用由操縱面產生操縱力、操縱力矩的方式控制飛機的運動。因為機翼
　　的剛度不足而帶來的氣動彈性效應將減弱操縱面的效能，同時使機翼的顫振特性變差，
　　為使這種操縱方式有效的發(fā)揮其作用，在設計中就必須使機翼具有足夠的剛度，由此也
　　必然使機翼的結構顯著重量增加，造成整機重量上升。
　　隨著主動控制技術（ACT）的發(fā)展成熟及其在航空技術中的廣泛運用，利用結構的柔度使
　　機翼產生一定的變形從而控制飛機運動的方法得以成為可能，這就是所謂“主動氣動彈
　　性機翼（AAW）”。與常規(guī)機翼設計思路不同，AAW允許機翼進行大幅度的氣動扭轉，在
　　全權限、快速響應的主動控制系統(tǒng)的協(xié)調控制下，多個前后緣操縱面協(xié)調偏轉，主動使
　　機翼發(fā)生所期望的彈性變形，由變形的機翼產生操縱力，從而控制飛機的運動。因為在
　　AAW中控制力由整個機翼而非幾個操縱面產生，所以只要設計合理，操縱面僅需偏轉很小
　　的角度（ ）即可提供足夠的操縱力，而此時機翼的扭轉變形較傳統(tǒng)機翼還要小。
　　AAW通過主動有效地控制機翼的柔度達到控制飛機運動的目的，其關鍵技術包括ACT和氣
　　動伺服彈性（ASE）技術，涉及氣動、結構、控制等多門學科，是ASE、ACT、結構優(yōu)化、
　　機翼設計、傳感器、測量技術、計算技術等多項技術的綜合。采用AAW之后可以獲得很大
　　的收益，目前確知的包括：
　　顯著增強控制能力；
　　全飛行包線內減小氣動阻力；
　　減小機翼結構重量；
　　抑制顫振和提高顫振臨界速度；
　　陣風與機動載荷減緩。
　　目前AAW的研究已經取得了一定的成果，其優(yōu)點也得到了驗證。將AAW應用于F/A-18的機
　　翼后，在性能不變的情況下，其結構重量下降48%，扭轉剛度可以降低40%；又如將AAW應
　　用于F-16的機翼，機翼外段剛度可降低25%，結構重量降低20%，在高速壓下控制效能卻
　　提高了10%。
　　AAW的優(yōu)點將給飛機控制方法帶來一場變革，作為無尾布局飛機的最佳輔助控制手段，使
　　得AAW成為未來航空技術的一項關鍵技術。