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苏-57战机资料图片

2020年7月15日，国家知识产权局正式公布第21届中国专利奖评审结果，中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所“升力体丝带翼鸭布局飞机”设计专利获得金奖。于是，升力体的“隐藏式”机翼、边翼、鸭式布局成为航空爱好者关注的焦点。本期《兵器大观》特别邀请相关专家为您解读相关内容。

飞机布局的“三宝”

除了少数垂直起降战斗机在起降时通过改变气流方向产生升力外，大部分飞机在运动时都是通过机翼产生升力来克服重力。

机翼升力产生的原因很复杂，相关理论也很多。很少有理论能完全解开生命的所有秘密。不过有一点可以肯定，飞机的升力主要来自机翼上下表面的速度差造成的压力差。升力与气流速度、空气密度、机翼面积和机翼角度有关。

，飞机在飞行时会遇到各种阻力，比如摩擦阻力、压力阻力、诱导阻力、干扰阻力、波浪阻力等。不断优化气动布局，其作用是增加升力、推力和安全性，减少各种阻力。

气动布局是决定战斗机机动性的重要因素之一。与机翼相比，升力体、边翼和鸭式布局不够“显眼”，属于战斗机的“隐形”机翼。从功能上看，它们堪称现役主流战斗机气动布局的“三宝”，在世界主流战斗机中占有重要地位。

举升车身布局。与传统飞机的机翼设计相比，升力体是一个完全不同的概念，它采用一种三维的翼身融合来产生升力。这种设计可以在较低的速度下获得较高的升力。

自从1957年两位科学家aigre和Allen偶然发现这种设计的优点后，美国和苏联就开始了相关的研究。美国航天运载火箭“冒险之星”的1/2缩尺原型机X-33和原型机X-38都采用了升力体构型。

升力体设计的三代机有苏-27、米格-29；有F-22，F-35，苏-57等。其中苏-57的升力体设计特征更明显，机身宽大，升力更强，阻力更低。

带翼布局。作为20世纪50年代中期出现的一种设计，边条翼是在常规后掠翼或三角翼布局的基础上，从机翼前缘根部延伸出来的一对狭长、尖边、大后掠的细长机翼，靠近机身。通常边条翼设计成与机身和主翼完全一体化，形成复合材料机翼，可以提高战斗机的机动性和过失速特性，尤其是飞机的升力。通常分为机翼边条和飞机边条。

鸭翼布局。也称前翼或前翼。早在1903年，莱特兄弟的飞机就采用了前翼构型。这种布局的特点是把水平安定面放在主机翼的前面。

带鸭翼的飞机布局称为鸭式布局，代表飞机有俄罗斯的部分苏-35、苏-34、苏-30MKI，欧洲的台风、阵风、鹰狮战斗机等。

有些战斗机鸭翼不能操纵，有些可以操纵。鸭翼可以操纵，如欧洲的“台风”、“阵风”、“鹰狮”等。这种鸭翼不仅可以产生涡流升力，还可以用来解决跨音速过程中稳定性突然下降的问题。着陆时，可以操纵鸭翼的偏转角，起到减速板的作用。

根据安装位置，鸭翼可分为上、中、下三种构型。考虑到升力和失速迎角等因素，鸭式布局往往采用上鸭翼和中鸭翼。

组合不是一个简单的问题，它关乎创新和实力。

不同的气动布局在不同的飞行状态下各有所长。针对不同的作战要求，气动布局“三宝”的选择和组合是不同的。

机翼和升力体组合。对于战斗机来说，使用边条翼可以提高飞行性能，克服常规后掠翼和可变后掠翼在低速特性、抗浪性、飞行稳定性等方面的缺点。升力体可以增加战斗机内部的有效空间，减小飞行阻力，提高高速飞行能力。所以F-22，F-35，苏-57，苏-27，米格-29等。均采用边条翼和升力体相结合的布局。

F-16战斗机是第一种成功采用边条翼结合主动控制技术的战斗机，但F-22是边条翼与升力体结合最好的一种。它的边翼从机头顶点一直延伸到翼根，与机身和进气口融为一体，形成升力体，不仅产生更大的升力，还增加了飞行稳定性。

鸭翼和边条翼的组合。现代飞机为了提高升力系数，很多都选择鸭翼和边条翼并存的布局。比如俄罗斯的一些苏-35，苏-34，苏-30MKI，欧洲的台风，阵风，鹰狮都是一样的。

这种气动布局的战斗机具有更好的升力和敏捷性。一般鸭翼的尺寸比较大，与机翼分离。在某些条件下，鸭翼产生的附加升力大于细长边条机翼。在某些情况下，边条翼可以产生比鸭翼更大的升力。两者结合，相得益彰。鸭翼除了增加升力外，还有利于保持飞机的飞行稳定性和可控性。

而美俄的第四代战斗机都采用常规气动布局，而不是鸭式气动布局。原因有很多，其中之一是采用鸭式布局时，飞行控制处理难度更大，会给战斗机的隐身设计带来更大的难度，所以他们避免这种布局设计。

升力体边翼鸭布局组合。飞机的气动布局设计不仅要考虑飞机的机动性，还要考虑稳定性、机动性、强度、刚度等一系列问题。特别是现代飞机追求高机动性和高速度，对气动布局要求更高。

，世界上很少有鸭式、边条和升力体气动布局的战斗机。其中一个主要原因是设计这样的组合非常困难。，中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所显然成功克服了一系列相关问题，这也是其设计获奖的原因。

如果采用鸭翼和边条翼的设计，就必须面对鸭翼、边条翼和主机翼工作的匹配问题。如果两者都与升力体设计一起使用，会面临更多的问题，需要通过精确的计算和大量的风洞试验获得其尺寸、形状、位置等参数，才能使组合达到最优。而且如何在提高效率的减轻重量，如何在重量和飞行效率之间取得平衡，也是设计师必须面对的问题。这些都会大大增加相关设计的难度。

这种组合不是简单的搭配，而是无数次测试和风洞试验的结果，与创新和实力有关。

“三宝”未来能和战斗机一起飞吗？

未来战斗机的发展将着眼于提高全高度、全天候和全方位的空战能力。有专家将其主要特征概括为“六超”，即超扁平外形、超音速巡航、超常规机动、超远程打击、超维物联网、超域控制。

基于各国对下一代战斗机的期待和理解，推测下一代战斗机可能配备人工智能和量子雷达，具有在没有任何参与的情况下执行作战任务的能力，能够达到高超音速，能够进出临近空间，能够使用新物理原理的武器等。，有人/无人操纵系统、提高隐身、改善飞行性能和通信系统是下一代战斗机的关键标准。其中有人/无人控制系统、隐身、高超音速飞行性能等。将全部基于飞机气动布局的全面创新。这就决定了气动布局设计在新形势下仍将是“老命题”。

升力体布局是未来战斗机的流行模式。未来战斗机预计挂载量大，需要采用翼身融合的升力体布局，增加机翼的载油量和机身升力。鉴于探测技术的快速发展，为了提高战场上的生存能力，未来战斗机必将采用更强大的隐身设计，其中在平面布局上很可能采用超音速无尾三角翼升力体设计，水平尾翼和垂直尾翼将被彻底淘汰。采用全机身融合、高升阻比的升力体设计，可以使战斗机具有更强的机动性和隐身性。

机翼布局将是未来战斗机的标准。采用中后掠翼，加大侧翼，是第三代高机动战斗机的典型设计。第四代战斗机如F-22都采用了特殊的边条翼布局，F-35和苏-57也采用了特殊的边条翼设计，具有优良的飞行品质。未来战斗机一般是现有战斗机技术的延伸，机翼布局仍将是未来战斗机不可或缺的设计，但其设计会更加先进合理。

未来战斗机也可能采用鸭式布局。鸭式布局战斗机基本可以排除失速的可能，即飞机不会进入“螺旋”。为了避免传统鸭式布局的不足，未来的战斗机可能会设计成升力体鸭式布局，即升力体机身可以起到鸭翼的作用，使战斗机可以高速飞行和机动。这种布局可能成为未来飞机的基础。

乘波布局可能应用于未来的战斗机。波体的概念已经在一些高超音速导弹中得到体现。下一代战斗机具有无人驾驶、高速、高空、续航距离远、突防能力强等特点。很可能采用高升阻比、机动性强的气动外形。适用于高超声速飞行器的外形有升力体、翼身融合体、轴对称旋转体、乘波体等。，乘波构型也可能是未来战斗机发展的趋势之一。

(编者注为统一起见，本文中战斗机的命名以我国军用命名标准为准。)

(作者单位南昌航空大学空军研究所)

本文到此结束，希望对你有所帮助。

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