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一、鸭式/无尾布局飞机上舰的问题

鸭式/无尾布局飞机上舰有问题吗？当然有，这类飞机上舰最大的阻碍就是它们的升力特性和操纵特点。比起常规布局飞机，这些特点使得它们在满足航母甲板起降要求方面要面对更多的麻烦。

    在这方面，鹰酱有着惨痛的教训。1946年，美国海军招标研制新一代的喷气式舰载机，道格拉斯的F4D天光和钱斯·沃特的F7U弯刀以其新颖的无尾布局同时中标（F4D为无尾三角翼，F7U为无尾后掠翼）

然后，噩梦就开始了。无尾布局在短距起降方面存在先天不足——由于没有更多的气动控制面，必须使用升降副翼，从而破坏了翼型，进一步降低了本来就不高的升力线斜率。为了提供所需的升力，必须拉出更大的迎角，而更大的迎角除了导致视界恶化，还导致机翼后缘气流分离加剧，舵面效率下降，为此需要更大的舵面偏角，然后升力线斜率再降……形成一个恶性循环。

最后，无论是天光还是弯刀，由于飞行性能不佳，加上其它原因，很快退出现役。从此鹰酱海军再也没有采用无尾布局飞机。当然很多年后的ATA项目，倒霉催的A-12复仇者攻击机也是无尾飞翼布局，不过也挂了。

既然无尾布局不行，那么鸭式布局又如何？

        其实说“鸭式布局”非常笼统，按照设计重点的不同，还可以细分为：

    只追求鸭翼增升效果的鸭式布局（如阵风）；

 兼顾增升和操纵效率的鸭式布局（如鹰狮/歼10）；

 主要追求超音速配平的鸭式布局（如台风）

当然还有兼顾上述所有方面的鸭式布局（从操纵特点来说其实是三翼面布局，目前只有歼20）

 这其中，已经或者已知计划上舰的就是阵风M和鹰狮NG。我们先来看一下。

        阵风只追求鸭翼增升效果，所以它的鸭翼仅用于确保产生足够的鸭翼涡，而对操纵方面要求不高，基本上是作为一个配平面来使用，估算鸭翼容量在几种现代鸭式战斗机中是最低的。某种意义上可以说是“带鸭翼的无尾三角翼飞机”，所以无尾三角翼布局会面临的问题它也会有，只是由于涡升力的作用，使得机翼升力线斜率有较大幅度提高，使得飞机不必维持早期天光/弯刀那种临界迎角状态，升力特性和操纵特性都明显改善。

        从下面这段阵风起飞视频，可以看到，为了抬前轮，阵风的升降副翼有个瞬间上偏的动作，而此时鸭翼已经接近最大上偏角。

（此处视频不转了，需要看的请移步方方的航空小筑）

抬前轮前瞬间

  0.3秒后，升降副翼上偏到最大偏角

 0.5秒后，前轮离地

 0.4秒后，主轮离地

这说明什么呢？说明阵风的鸭翼操纵能力极其有限，其纵向操纵主要还是依赖升降副翼。而升降副翼的上偏（抬头），同样会破坏翼型，导致升力损失。

        所以，在陆地机场起飞的某些情况下，阵风可以将升降副翼下偏以获得更大的升力，

但在舰上起飞时，却必须将升降副翼置于全上偏位置，以获得足够的抬头力矩。当然这样一来必然会导致升力下降。只不过由于阵风本身是中型机，加上鹰酱C13弹射器（虽然是截短了的）够给力，所以还能够保证其起飞重量指标。

而在降落/着舰时，由于进近速度相对抬前轮速度更高，飞行中迎角比滑行时的迎角（停机角）更大，鸭翼具有更高的舵效，因此可以保持升降副翼下偏状态，以获得高升力，同时具备更大的纵向操纵能力裕度（相对于无尾布局）。

视频不转了！

在这个视频中，升降副翼仅在主轮接地后才上偏，用于高速滑行时维持较大迎角，实现气动减速。

下面看看鹰狮的表现。

视频不转了

        在这个起飞视频中，可以看到，鹰狮主要依赖鸭翼进行纵向操纵，抬前轮的时候鸭翼明显上偏，抬起后恢复原位。当然在这个视频中，鹰狮的升降副翼也参与了纵向操纵，不过幅度非常小，只能通过逐帧截屏才能看到。

        开始抬前轮，注意升降副翼此时还在水平位置

升降副翼略上偏，并在后续几帧中保持这个位置，说明主要抬头力矩来自鸭翼，升降副翼仅作为辅助

 前轮抬起，鸭翼已恢复水平，升降副翼这个角度看不到

  离地后，注意升降副翼已恢复水平

 鹰狮的表现，说明对于兼顾操纵效率和增升的鸭式布局飞机来说，基本上可以克服早期无尾布局飞机面临的升力特性和操纵要求严重冲突的问题。这也是鹰狮NG计划着上舰的底气所在。

        而对于同类的歼10来说，我们在这方面做得更彻底，鸭翼具有更大的操纵能力（当然，由于鸭翼面积增大，对机翼下洗增强，在一定程度上付出升力损失的代价）。

        下图是2008年珠展上歼10起飞连续照片合成，可以看到歼10完全依赖鸭翼实现了短距起飞的纵向操纵（这里再次感谢DS北风，这组照片当年还是他提供的）。

最后看看个人评价为增升、操纵、超音速配平三方面全兼顾的歼20的表现。

    首先，在目前所有公开照片中，歼20起降的迎角均不大。这说明，该机不仅仅是最大升力系数夺冠，并且在起降迎角范围内，同样具有良好的增升效果，具有较大的升力线斜率，不用拉大迎角也可保持高升力。

其次，在所有公开的起降照片中，升降副翼全部处于下偏状态。这说明在起降状态，该机并不需要升降副翼上偏来提供抬头力矩。这也为该机保持良好的升力特性打下了基础。

    2001验证机

2002验证机

2011原型机

生产型

第三，全动V尾参与纵向配平

    这个从2001开始就有了。注意V尾的偏转方向，产生的是低头力矩（不是抬头力矩！），换句话说，此时飞机焦点在重心之前，是静不稳定的，所以才需要平尾压机头。由于平尾产生的是正升力，进一步提高了全机升力。

 而后期估计控制律优化，允许升降副翼使用更大的下偏角（相对于上图仅仅略超过尾撑棱线，下图升降副翼后缘大约达到尾撑高度的中间位置），获得更好的升力特性，也提供更大的低头力矩，从而减轻了V尾的负担（偏角减小了，下图通过对比V尾顶端边缘与侧弹舱边缘的夹角可以看出来），也留出了更多的控制能力裕度。

   所以，相对于鹰狮和阵风来说，歼20不仅克服了早期无尾布局舰载机面临的升力特性和操纵要求严重冲突的问题，甚至更进一步优化了升力特性和操纵能力。就这点来说，满足上舰起降要求对歼20来说是毫无问题的。

★★★★  分  ★★★★  割  ★★★★

二、航母和大飞机

先来看看舰载机里面的大个子。

    布莱克本 掠夺者攻击机

 在1950年代核战背景下，面对高速扩充的苏联红海军，英国皇家海军决定研制一种以核弹为主要武器的低空舰载攻击机，以低空高速方式突防。这一需求最终形成了“第 39 号海军参谋部需求”（Naval Staff Requirement No.39，NA.39），即：要求研制一种双座舰载攻击机，可在内挂 1 枚核弹；在 60 米高度以 0.85 马赫的速度飞行；作战半径不低于 740 千米；总载弹量 1,800 千克；停放状态下，机长不超过 15.5 米，以适应现有的航空母舰升降机；最大重量不超过 20,400 千克。该机还应具备充当空中加油机的能力。

    这里我们需要关注的就两个指标：停放状态下，机长不超过 15.5 米（也就是比歼10还短）；最大重量不超过 20,400 千克。

       而最后问世的掠夺者是什么样子呢？

        翼展13.41/6.07米

        机长19.33米 

        机高4.95米

        正常起飞重量20,865～25,400公斤

        最大起飞重量28,123公斤

        为了满足尺寸要求，掠夺者除了常见的折叠以及外，机头雷达罩可以向左折叠，尾部蚌壳式减速板也可以张开以缩短机身长度。

为了适应尺寸狭小的舷内升降机，机头雷达罩已向左折叠

    而为了解决重量过大的问题（其实是起降问题），掠夺者采用吹气襟翼设计，从发动机引气，沿展向从机翼前缘和襟翼前缘上表面向后吹出，吹除机翼附面层，推迟失速，从而提高机翼升力系数，改善起降性能。

掠夺者和F-4K一起部署在皇家海军最后一艘舰队航母“皇家方舟”号上的景象，这俩都是大个子，更加反衬出甲板的狭小。

可以对比一下中秋在辽宁舰的情况。

北美A-5民团团员攻击机

A-5源自1950年代北美自筹资金的NA-233项目，目标是取代道格拉斯的A-3（当时还叫A3D）舰载重型攻击机（也是和A-5不相上下的超级大个子）。作为核时代的重攻，带核弹低空高速突防是基本要求。然而美国海军要求A-5具备零甲板风的条件下从航母上弹射起飞的能力，最终牺牲NA-233低空突防能力，改用大机翼，以实现更好的舰载起降性能。这一改变将舰载适应性对大型舰载机的影响体现得淋漓尽致。

    A-5的基本尺寸：

机长 23.32米

翼展 16.16米

机高 5.91米

    无论在那个时代还是今天，A-5都堪称“巨型”舰载机。为了满足航母甲板运作以及升降机尺寸的要求，A-5采用了折叠机翼、折叠机头雷达罩、折叠垂尾一系列措施。

机头雷达罩向上折起

独立号航母上的A-5，机翼和垂尾处于折叠状态

而A-5的空重达到了14吨多，正常起飞重量28吨，最大起飞重量36吨。即使有弹射器，要保证这么一个大家伙起降也非易事。所以A-5同样采取了一系列增升措施，包括和掠夺者同类的附面层吹除装置。

 特别值得一提的就是那个超级高大的垂尾。为了放入机库，A-5不得不采用了折叠垂尾的设计——而这一设计深切影响到后续两代舰载战斗机。麦克唐纳研制F-4的时候，为什么搞了那么一个大后掠梯形垂尾，就是为了避免重蹈A-5的覆辙，在限定高度的前提下为了保证足够的垂尾面积，只能采用这种平面形状。当然这一设计并不成功，后来F-4尾旋事故频发，除了高平尾外另一个元凶就是这个垂尾设计。

再后来，格鲁曼搞F-14，下定决心坚决杜绝F-4的尾旋事故，但同样受制于机库高度，所以最终选择了双垂尾。

        F-14选型的方案之一，单垂尾的303-60方案。

  另一个单垂尾方案303G，注意还有折叠腹鳍

无论是掠夺者，还是A-5，或者是后面顺便提及的F-4、F-14，都是舰载机中的大个子。而从它们的发展经历我们可以看到，就尺寸而言，海军关心的是停机尺寸，而不是飞机完全展开以后的尺寸。限制这一尺寸最关键的就是升降机。无论是舷侧升降机还是舷内升降机，都意味着舰身上的大开口——升降机越大，开口就越大；而开口越大，意味着周边用于结构加强的重量就越大；而水线以上重量的增加，直接影响的就是航母的稳性。机库高度增加，同样也会影响到航母的稳性。所以，最终是航母的基本设计限定了舰载机的停机尺寸。而对于舰载机完全展开的尺寸，其实海军并没有特殊的要求。这里顺便提一下，阿三的维克拉马蒂亚号的升降机尺寸只适配米格29K，如果要换虫子或者阵风，就得进行大改——不仅仅是尺寸，而是尺寸改变后影响到稳性的问题。另外还有毛熊愿不愿意的问题——砸我的锅，还要帮你造个新锅？！

 而对起飞重量，应该说，海军对重型飞机并不抵触，它反对的是“超重”和“超速”。比如在F14研制过程中，海军向格鲁曼提出的违约惩罚措施：飞机空重每超出100磅罚款44万美元；飞机着舰时的进场速度若快于设计要求，超出部分每1节罚款105.6万美元。而掠夺者和A-5这两个1950年代的老飞机都能够通过吹气襟翼等措施确保其重型机体能够按要求在航母上起降，70年后就更不用说了。当然有一点比较关键，一般只有正常式布局的飞机才能采用大偏角襟翼+吹气系统来实现增升，昨天说的鸭式/无尾布局飞机是用不上的，这类飞机得另辟蹊径。