文 | 諸葛兵

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作為中國軍工性能顏值雙擔當的20姬，卻始終因為鴨翼遭到不少吃瓜群眾的詬病。

▲稍微百度一下，就有一堆關于殲20鴨翼不行的相關搜索

有些人認為殲-20的鴨翼是一個失敗設計。

理由也無非是上圖提到的那些，什么“發動機性能不足的替代方案”“破壞隱身”“美俄五代機都不用鴨翼，所以鴨翼”不好這幾種。

▲殲-20是唯一使用鴨翼的現役五代機

今天咱也給鴨翼正個名，20姬的美貌豈能用如此眼光來品評！

鴨翼（Canard）得名于法語中的鴨子，因其安裝在主翼前方，與鴨子的腳蹼相似，故有此別稱。

坊間還有另一種說法，使用鴨式布局的飛機主翼靠后，機身前半段較為修長，與鴨子“飛行”時的外形很相似，因此 這種氣動布局被稱作鴨式布局，“小翅膀”也就跟著被叫成鴨翼了。

▲鴨子起飛的瞬間

與我們的傳統印象不同，鴨翼既不特殊、也不新穎、更不奇怪。

早在117年前的1903年，美國萊特兄弟設計的第一架有動力飛機“飛行者1號”（Wright Flyer）就是鴨（前）翼布局。

▲創造歷史的飛行者1號

也就是說， 這種布局才是所有飛機氣動設計的老祖宗，我們司空見慣的后掠翼、三角翼反而是后生晚輩。

但在隨后的發展中，人們沒有再沿用首先實現飛行的鴨翼設計，而是廣泛改用了平直翼的經典活塞機設計方案，直到二戰結束。

▲美國P-51“野馬”是活塞戰斗機的巔峰之一

產生這種現象的原因有兩個，一是各飛機制造公司為了規避萊特兄的設計專利， 二是鴨翼會增加氣動的不穩定性，當時的技術手段無法實現穩定控制，安全隱患極大（萊特兄弟后來也不用了）。

但盡管如此，人們對鴨翼的探索并沒有完全中斷。

上世紀40年代初，美國柯蒂斯-賴特公司（Curtis Wright），為競標美國陸軍航空隊提出的R-40C戰斗機改進計劃，開發了采用鴨翼、后置發動機布局的XP-55“升騰”。

▲奇形怪狀的XP-55

這種設計在當時看起來十分異類，而且性能和操控較差，三架原型機摔了兩架，造成1名飛行員和4名平民死亡。

噴氣時代到來，XP-55計劃也就正式下馬了，現存一架孤品展示于密歇根州的卡拉馬祖公園。

▲停放在密歇根州卡拉馬祖公園中的XP-55孤品

除了美國，日本也在二戰時期探索過鴨翼。

1943年，海軍航空技術廠著手試制J7W1——震電（也叫震電、しんでん）戰斗機，它也采用了鴨翼+后置發動機的氣動布局。

▲震電長得樣子和美國那個XP-55差不多。日本人還聲稱震電擊落過B-29，但始終拿不出實錘

但隨著日本戰敗，這種飛機也沒能量產。

值得注意的是，二戰期間嘗試鴨翼的還有意大利的Ambrosini SS.4、英國的Miles M.39B Libellula“蜻蜓”。

這么多國家都在研究“鴨翼”，足以說明大家都意識到了鴨翼的潛力。

▲英國皇家空軍的鴨翼概念機

那么這種設計的優點在哪里？又為什么會引得如此多的國家紛紛投入人力物力去研究？

概括地講， 鴨翼具有提升操控性、失速攻角、升力系數的作用，需要時也能充當俯仰軸，可謂好處多多。

▲意大利Ambrosini SS.4

然而， “鴨翼”并不是給飛機插上一對小翅膀這么簡單，它需要完美融合空氣動力學、飛行控制系統、機體結構設計等方方面面的問題，研制難度大、風險高。

這就使得不少國家即使投入大量人力物力，在受到技術限制后，只能無奈放棄。

因此直到今天，鴨翼也被視為“非主流”，前文提到的四種驗證設計在當時的歷史背景下更是異類中的異類，奇葩中的奇葩。

▲鴨翼+后置渦槳的設計并未完全消失，圖為采用同類布局的“比奇星際戰艦”（客機）

直到超音速時代到來，各國空軍對新型氣動布局的需求，極大刺激了機型設計的革新與探索，塵封數十年的鴨翼這才有重見天日的機會。

猶豫就會敗北，果斷全都白給， 鷹醬和毛熊，率先開始論證鴨翼+三角翼這種全新組合的可行性。

北美航空拿出的方案是XB-70“女武神”超音速轟炸機，而蘇霍伊則用T-4與之對標，二者均以3馬赫的巡航速度為主要看點（3馬赫巡航的轟炸機，擱今天也是黑科技）。

▲XB-70“女武神”超音速轟炸機

可惜二者因為技術不成熟、洲際導彈成為核心威懾力量等原因雙雙下馬。

1981年，瑞典薩博-37“雷”式戰斗機正式服役，它被公認為最早采用鴨翼的量產型現代戰斗機。

然而這種激進而罕見的設計，卻在當時引起了廣泛的爭議。

▲薩博-37“雷”式戰斗機

但事實證明， “雷”式的鴨式布局是一種非常成功的設計，它有效平衡了短距起降、超音速、亞音速和低速段飛行時不同氣動需求間的矛盾，同時提高了升力與操控性，用實際效果證明了鴨翼的價值。

此后，鴨翼開始逐漸被航空界所接受，部分北約成員國和蘇聯都點開了鴨翼的科技樹，時至今日仍有臺風、陣風、Su-33、Su-34等耳熟能詳戰機裝有鴨翼。

▲法國“陣風”戰斗機

在這股大潮中，我種花家并沒有當看客，也在很早就開始了相關研究和應用嘗試。

1964年上馬立項的殲-9截擊機，就首次采用了我們從未嘗試過的鴨式布局，可見當時中國的飛機制造者，已經注意到鴨翼的潛在優勢。

▲殲-9截擊機的氣動模型

盡管殲-9因為材料工藝等問題沒有修成正果，但我們獲取了大量氣動數據，為中國鴨式布局的理論研究打下了堅實基礎，日后殲-10、殲-20的成功研制亦從中受惠。

鴨翼從被排斥到被接受，電傳操縱系統逐漸成熟也是前提之一，但自身設計的變化同樣重要，尤其是近距耦合概念的出現，使得鴨翼具備了“金坷垃”般的功效——渦流增升（不是骨質增生，謝謝）。

▲親愛的達瓦里希，那對小翅膀好像在冒煙！

工程師們發現，當 大后掠角的鴨翼位于主翼前上方不遠處時，鴨翼產生的渦流會向下附著到主翼上，與主翼自身的渦流互相作用，進而形成包覆主翼的低壓區，產生減少阻力、增加升力的效果，這便是“耦合作用”或“耦合現象。”

耦合作用在鴨翼+三角翼的機體布局中尤為明顯，又因這種布局的鴨翼和主翼距離很近，因此被稱為“近距耦合”或“緊密耦合”。（實際上能夠產生耦合作用的都可以被歸類為近距耦合）

美蘇早期實驗的XB-70與T-4時，都沒有產生這種效果，因為它們的鴨翼是被設計用來抵消高速飛行時，主翼升力過大產生的重心后移，防止俯仰軸失控和一定的配平輔助操作。

由于鴨翼和主翼之間的距離非常遠（跟轟炸機巨大的身形也有關系），所產生的渦流也不足以與主翼形成耦合，所以當時的工程師并未意識到鴨翼的巨大潛力。

▲前蘇聯T-4轟炸機

兩個超級大國領先起跑，卻是瑞典人對近距耦合的成功應用，給了全世界一個標桿式的范例，讓大家看到了鴨翼還能這么玩。

當然會有不少人有疑問了，既然鴨翼有那么多的好處，為什么美國不喜歡鴨翼？

美國人當然不傻，他們可是一直在投入大量精力去研究鴨翼。

除了上文提到的飛行者1號、XP-55、XB-70，美國還在冷戰時期測式過前掠翼布局的X-29，和采用矢量推力的F-15STOL/MTD。

▲同時測試近距耦合與矢量推力的F-15STOL/MTD

至于搞到最后得出“鴨翼最好裝在敵人飛機上”這個結論，主要有兩方面的原因。

首先， 鴨翼的存在，很大程度上是為了彌補發動機推力不足。

比如中國的殲-10、歐洲的臺風、陣風都采用鴨翼+三角翼，確實有發動機性能較弱的因素。

所以要在氣動上下功夫來提高飛行性能，拉平甚至超越美國同類戰機（F-16）的機動性。

▲臺風戰斗機碩大的鴨翼

當然這么做是有代價的，比如復雜的氣動模型與操縱系統、鴨翼和腹鰭的額外重量等，只不過在沒有大推力先進航發的情況下，這種代價可以被接受，或者說別無選擇。

但美國不一樣啊，人家擁有最為發達成熟的航空發動機工業，發動機推力綽綽有余，自然不需要鴨翼和它產生的負面效果。

這就叫“一力降十會”。

▲X-29驗證機，前掠翼+鴨翼的布局比俄羅斯Su-47早很多年

另一方面，蘇聯解體讓美國的國防壓力驟降，且空軍的核心戰斗機群已經由F-15和F-16組成并定型。

在本身就占據性能和數量優勢（性能優勢是相對的，但數量優勢是絕對的）的情況下不宜，也不需要增添變數太大的新機種。

▲F-15表演大象漫步，這種陣仗也就美國玩得起

最終，美國對鴨翼的研究止步于90年代，后續研究轉入超音速飛行特征等領域，主要目的是獲取資料、完善理論，軍方已經沒什么興趣了。

而在所有五代機當中，只有殲-20使用鴨翼的主要原因的確如上文所述：

我們的發動機還不夠好。

美國有F-119、F-135這樣的頂級大推，俄羅斯有AL-41這樣次一級但也很厲害的發動機，他們不用擔心推重比不夠，的確沒必要用鴨翼。

▲F-35使用的F-135發動機，其性能要比國產WS-10系列領先30年左右

而 殲-20仍需使用技術標準參考AL-31的WS-10。

短時間內無法解決航發問題，是殲-20在研發階段就已經預見到的，因此氣動布局必然要基于現有條件來做指導參考，鴨翼也就成為達成超機動性目標的必要途徑。

換句話說就是，“中國鴨王”的技術日趨精熟，是“心臟病”倒逼出來的。

我們甚至可以認為，“鴨翼最好裝在敵人飛機上”這句話的潛在含義是：“希望敵人永遠造不出先進航發，只能靠鴨翼彌補性能?！?/p>

說到這大家可能會泄氣，原來殲-20的鴨翼真是無選之選??？

非也！ 發動機的確有缺憾，但成飛通過巧妙布置，幾乎將鴨翼的性能挖掘到極限，使殲-20的機動性同樣出色。

設計團隊干了一件特別逆天的事，那就是在殲-20的氣動系統中，整體設計了四個渦流發生器，分別是菱形的雷達整流罩、鴨翼、大邊條和主翼前緣，大幅提升渦流增升效果的同時，發揮出了鴨翼長力臂的操控性優勢。

▲感受一下殲20這大迎角殷麥曼回旋的酸爽

至于鴨翼會破壞隱身這個問題，成飛的解決方案，是讓鴨翼和主翼處在同一水平面，但鴨翼上翹、主翼下翻，既不耽誤渦流耦合還能降低反射率，對RCS造成的干擾可以忽略不計了。

▲20姬的鴨翼和主翼雖然處在同一平面，但角度不一樣

就這樣，殲-20成為了該領域獨步天下的“鴨王”。

除了成飛，目前世界上還沒有第二家設計制造單位，能同時做到既滿足隱身需要、又保留提高升力和操控性的優勢、還解決了不穩定難控制的特征！

作為第一、也是唯一一種使用鴨式布局的五代機，殲-20的氣動模型之復雜稀世罕見，中國為彌補航發短板所下的苦心可見一斑。

▲鴨翼與大邊條特寫

從殲-9立項到殲-20成軍的半個世紀中，中國戰機的發展之路走得很苦澀，深挖已極的鴨翼背后始終是發動機這個痛點。

也許有一天我們不再需要鴨翼，但今天為之付出的努力卻不能被忘記，鴨式布局的廣泛應用不僅解決了當前的實際需要，也充實了理論基礎，是中國航空發展史上匠心獨運的一筆濃墨。

等到那時，我們也能在談起鴨翼時云淡風輕地調侃一句：

“玩膩了，不好玩。”

重

要

通

知