美国战斗机为何不爱用鸭翼?美军:力大砖头飞,我们无需投机取巧

鸭式布局的战斗机,通常指将水平尾翼放在主翼之前的飞机布局,而放在主翼之前的这对水平尾翼就被称作鸭翼。这对翼面可以确保战斗机不易失速,可控飞行迎角比较大,简化飞机驾驶流程,保证飞行安全。鸭翼布局可以在战机主翼上表面制造出独特的涡流,由此形成的低压区可以显著提升主翼的升力,因此鸭式布局的飞机升阻比较大,升力系数表现好,飞机爬升时鸭翼还可以提供抬头力矩,平衡低头力矩,提高了战斗机的飞行性能,这就是所谓的鸭式布局耦合现象。
图片
目前,俄罗斯、瑞典、法国、以色列和中国的一些战斗机,例如JAS-39“鹰狮”、“阵风”、“台风”战机、苏-30SM,中国的歼-10、歼-20均采用了鸭翼布局。采用鸭翼布局的典型战斗机是中国的歼-10战机,由于受发动机性能限制,歼-10战机的推重比并不高,但是它的机动性能非常优异,在强调高空高速拦截能力的同时,敏捷性也相当好,歼-10的大仰角起飞距离只有250-300米,这其中鸭翼布局设计功不可没。
作为世界上航空科学技术最为发达的国家,美国对于鸭式布局的研究要比全世界大部分国家都要早、都要深。早在1984年,美国麦道公司就曾以F-15战机为模板改进出了一款带鸭翼的战机NF-15B“敏捷鹰”。美国人通过这款战机成功验证了鸭式布局的优点所在,NF-15B有着惊人的32吨起飞重量,4500公里的超大航程,以及更短的滑跑距离。可以说,这种鸭式布局,一度让美军感到心动。
图片
但美国至今没有正式列装一款鸭翼布局的战斗机,这是什么原因呢?
首先,鸭式布局是一种好坏分明的飞机设计。鸭翼产生的特殊涡流,影响了战斗机的稳定性,翼面之间存在极为复杂的干扰气流,必须经过大量的实验和计算,才能够得出一个相对来说较为出色的机身设计。即便得出了能够确保机翼之间的完美数据,鸭式飞机也存在着飞控系统复杂、着陆性能较差等缺点。美国人认为鸭翼布局属于一种“投机取巧”的设计,是在发动机性能不足的情况下不得不采用的“捷径”,自然会存在“有得必有失”的情况。
图片
由于美国在航空发动机领域领先全世界。拥有性能先进、推力强大的航空发动机,采用常规布局即可实现所有设计性能指标,自然没有必要浪费这种力气去选择更加复杂的鸭翼布局设计。 对于军用涡扇发动机来说,单台推力达到20吨属于最顶尖水平,目前只有美国的F135军用涡扇发动机可以达到这个指标。F135发动机目前是世界上推力最大的军用小涵道比涡轮风扇发动机,很多国家发起了对其推力数据的赶超,迄今为止还没有成功的。
图片
美国普惠公司为F-35系列隐身战机研发的F135发动机是目前全球推力最大的军用发动机,它的最大推力达到45000磅,也就是达到20.4吨,成功突破20吨大关,刷新了世界纪录。而F135发动机的这个20.4吨最大推力是俄最先进发动机——AL41-F1发动机推力的1.4倍,后者计划装备在苏-57隐身战机上;是AL-31系列发动机推力的1.65倍之多,后者是中国不少主力战机的发动机。 有军事专家称,F135发动机是目前航空发动机这个皇冠上,最璀璨的一颗明珠。F135发动机让F35战机成为世界上拥有飞行动力最强悍的战机!F135发动机除了推力非常强劲,在可靠性、可维护性、燃油经济等方面均有出色表现。如果没有这台性能逆天的发动机的支持,F-35系列隐身战机恐怕还会面临更多性能问题、遭受更多指责。据悉普惠公司正在推进F135发动机的第二阶段增推计划,它的新目标是推力超过21吨。
图片
不过,对于商用航空发动机来说,单台发动机推力达到22吨属于非常普通的水平。目前推力最大的商用航空发动机也是世界上推力最大的航空发动机就是美通用电气公司的GE9X发动机,这款发动机将装备到波音777X客机上。 GE9X发动机在最近一次测试中的推力达到了134300磅,也就是单台推力超过60.9吨,是F135发动机的三倍之多。GE9X发动机的这个推力也打破了此前由GE90-11B发动机保持的127900磅推力,约合58吨的纪录。 值得说明的是,因为GE9X发动机的推力实在是太高了,未来一段时间内通用电气公司的主要发展方向不是继续增加推力,而是侧重于发动机省油、降噪、低排放、可靠性以及智能性等领域的性能。毕竟GE9X发动机的推力已经足够逆天,足以满足所有需要了。
图片
现阶段中国在军用航空发动机领域还能保持和美、俄、英等国基本处于同一水平,但仍继续奋斗。而在商用航空发动机领域,中国和美、英等国存在比较巨大的差距,目前中国正在研发的WS-20、CJ-1000A两款大涵道比涡扇发动机的推力大约为12~15吨,距离完全实用化还有一定的距离。更大推力的大涵道比涡扇发动机还没有踪影。
图片
俗话说,力大砖头飞。由于有着极为强劲澎湃的航空发动机,美军战机的起飞重量能够得到最低限度的保证,无需依靠鸭式布局来弥补飞机性能的不足。而这和中国的歼-20刚好形成了对比。有说法认为,歼-20的种种优秀的气动设计,实际上都是为了弥补发动机推力的不足。中国航空发动机的落后令中国战机的研发也受到了相当程度的局限。未来中国在大推力航空发动机领域还需要奋起直追,只有这样才能为中国战机的发展提供坚实保障。