战斗机气动布局设计

与机翼的几何参数往飞行是从模仿鸟类飞行开始的。

但是由于鸟类飞行机理的复杂性，至今未能对扑翼机模仿成功。

促使人们遨游天空的，也许是受中国风筝的启发，在航空之父凯利的科学理论指导下，将动力和升力面分开考虑，而发明了固定翼飞机。

二十世纪人类史最伟大的科学成就。

是人类最快捷、舒适、高效、安全的交通运输工具，在国家安全、社会和国民经济的发展中占有极其重要的地位。

史之乱蒙冤沦为囚犯，被流放到白帝城后，朝廷大赦天下，他立刻返舟东下，重出三峡，欣喜的心情无法言表：帝彩云间，千里江陵一日还。

两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。

白乘飞机，不知如何写佳作。

是否同意写成如下：帝彩云间，千里江陵一时还。

两耳风声鸣不住，轻机已过万重山。

飞翔，必须做到：的气动外形的结构的动力定的速度的操纵机构系统同，飞机在空中能够飞行是依靠与空气的相对运动，而产生作用在飞机上的力和力矩来实现的。

如对于水平等速直线飞行而言，从飞机受力条件，有L V￥（升力与重力平衡）D//V￥（推力与阻力平衡）(俯仰力矩保持守恒）必须具备的条件：飞机在空中飞行是靠作用于飞机上的空气动力）。

此外，喷气发动机的氧气也是取源于空气。

一定的飞行速度（飞机和空气之间要有一定的相对运动，产生空气动力）。

的气动外形、受力大小和飞行姿态。

保持和改变飞行状态的能力。

布局型的飞机、不同的速度、不同的飞行任务，飞机的气动布局是不同的。

机的气动布局？飞机主要部件的尺寸、形状、数量、及其相互位置。

件有：推进系统、机翼、机身、尾翼（平尾、立尾）、起落架等。

连接的相互位置分为：有无上反角分为：分为：的相对纵向位置分为：花八门、多种多样，有平直的，有三角的，有后掠的，也有前掠的等等。

然而，不论采用什么样的形状，设计者都必须使飞机具有良好的气动外形，并且使良好的气动外形，是指升力大、阻力小、稳定操纵性好。

美国战术运输机C-130上单翼、平直机翼、4发翼下吊布置、正常式布局F-22猛禽—当今世界最先进的第四代战斗机中单翼、双发、梯形翼、双立尾正常式喷火战斗机—英国第二次世界大战名机下单翼、椭圆形机翼、正常式布局B-52远程战略轰炸机（同温层堡垒）上单翼、4发翼下吊、后掠翼、正常式布局协和号超声速客机（Ma=2.04）双发三角形机翼布局A380客机远程宽身运输机下单翼、四发翼下吊、后掠翼、正常式布局S37前掠翼战斗机（三翼面布局）数采用上单翼（便于装货）--下单翼布局、后掠翼、正常式布局运行经济，座舱噪声低，视野宽）部放置货物）数采用中或下单翼，三角翼、大后掠翼正常或鸭式布局力小、机动灵活、失速迎角大），沿机翼对称面翼型弦线，向后为正；，机翼对称面内，与x轴正交，向上为正；，与x、y轴构成右手坐标系，向左为正。

飞机气动布局简介想必很多人对飞机很感兴趣，因为飞机大多是很漂亮的，流线型的机身，舒展的机翼，实现了人类在蓝天翱翔的梦想。

其实飞机外型的美观虽然是人类主动的设计创作，而实质却是受制于空气阻力的被动结果，从某种意义上讲，这种符合人类审美标准的流畅线条其实是空气动力原理的杰作。

大千世界千变万化，飞机也是形态各异，大的、小的、胖的、瘦的，四个翅膀的、两个翅膀的甚至还有一个翅膀的，打个比方，飞机的式样就像宠物狗一样，当真是品种丰富，血统复杂。

俗话说外行看热闹，内行看门道，既然飞机的外观是空气动力原理决定的，那么这么多种飞机的形状在飞机设计中就有个称谓，叫做空气动力布局。

下面我们就逐一介绍一下各种气动布局，当了解到气动布局这个概念后再回过头来看这些飞机，就会发现自己不会再看花眼了，其实全世界的飞机品种再多，也无非就以下这几种气动布局而已。

各种空气动力布局的主要差别就在于机翼位置上的差别，首先介绍一个最常见的布局——常规布局。

这种布局的特点是有主机翼和水平尾翼，大的主机翼在前，小机翼也就是水平尾翼在后，有一个或者两个垂直尾翼。

世界上绝大多数飞机属于这种气动布局，特别是客运、货运大型飞机，几乎全是这种布局，例如波音系列、欧洲的空中客车系列，我国的运七、运八、ARJ21，美国的C130等。

我国的军用飞机中除了歼10猛龙战斗机以外，都是常规气动布局。

常规布局最大的优点是技术成熟，这是航空发展史上最早广泛使用的布局，理论研究已经非常完善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡，所以目前无论是民用飞机还是军用飞机绝大多数使用这种气动布局。

常规气动布局机型——我国的ARJ21祥凤支线客机常规气动布局机型——我国的FC-1枭龙歼击机常规气动布局机型——我国的歼11B歼击机常规布局中还有一个另类——变后掠翼布局，就是主翼的后掠角度可以改变，高速飞行可以加大后掠角，相当于飞鸟收起翅膀，低速飞行时减小后掠角，展开翅膀。

飞机的常见气动布局亲爱的同学们大家好：今天，我想和大家讲一讲，飞机的常见气动布局。

大家知道的都有哪些呢？目前我们所知的可行的飞机的空气动力布局方式有：常规、鸭式、三翼面、变后掠、无尾、飞翼、前掠翼。

这些布局方式各有特色各有长短，我将为大家逐个讲解。

首先是常规，常规布局也就是主翼在前，水平尾翼在后，有一个或两个垂尾的气动布局方式。

使用这种气动布局设计的具有代表性的战斗机有，美国——洛克希德马丁公司：F22猛禽。

俄罗斯——苏霍伊设计局：苏27侧卫。

但其实，我们常见的客货机几乎全是这种设计的。

常规布局的优点是技术成熟，理论研究已经非常完善，生产技术也成熟而又稳定，同其他气动布局相比各项性能比较均衡。

只是由于均衡所以也没有特别出色的地方。

然后是鸭式。

因为当初这种气动布局的飞机飞起来像鸭子，故此得名。

说到鸭式布局，我们就不得不说世界上第一架飞机——莱特兄弟的飞行者一号。

它所使用的布局其实就是鸭式布局。

鸭式布局也是主翼在后面，前面加个小机翼叫做鸭翼。

简单地来看，鸭式布局就是将常规布局中的水平位移移到了主翼前方，但鸭翼与平尾并不是一个概念。

虽然鸭翼也承担着控制俯仰的责任，但除此之外，鸭翼还会产生涡流。

这些涡流吹过主翼会带来强大的增升效果，也就是说，鸭翼能提供额外的升力。

如此，鸭式布局的飞机的短距起降性能更强，因为它们在低速度状况下也能获得较高的升力。

鸭式布局的飞机在高速飞行中有着更高的稳定性，机动性也要比常规布局飞机更加出色。

有时鸭式布局飞机还会在机身的后下方增加两片叫做腹鳍的翼面，以增加大迎角情态下的飞行稳定性，这是因为在大迎角情态下，常规布局的飞机的垂尾还会接触到由主翼和平尾的间隙间吹过的气流，而鸭式布局的飞机的主翼往往会阻断流往垂尾的气流，如此垂尾便不能很好地控制飞机的水平方向稳定，而在机身下方增加的腹鳍则能解决这个问题。

这也是鸭式布局飞机的一个不同之处。

鸭式布局设计的代表战机有：中国成飞歼20，欧洲双风：阵风、台风。

飞行器设计新技术军用飞机发展很快，从20世纪50年代的第一代超音速战斗机起，到目前已经发展到第四代超音速战斗机，第三第四代战机采用了一系列新技术，下面就不同的方面浅谈一下飞行器设计中的新技术一、气动布局技术（一）近距耦合鸭式布局没有水平尾翼，但在机翼（亦称主翼）前面装有水平小翼的飞机称为鸭式布局飞机。

机翼前面水平小翼称为前翼或鸭翼。

鸭式布局有以下优点：1．前翼不受流过机翼的气流的影响，前翼操纵效率高。

2．飞机以大迎角飞行时，正常式飞机平尾的升力为负升力（向下），这样就减少了飞机的总升力（有人称它为挑式飞机，即机翼升力不仅要平衡飞机的重量，而且还要克服平尾的负升力），从而不利于飞机的起飞着陆和大迎角时的机动性能。

而鸭式飞机与此相反，前翼在大迎角飞行时提供的是正升力，从而使飞机总升力增大（有人称它为抬式飞机，即前翼与机翼共同平衡飞机重量），这样就有利于减小飞机起飞着陆速度，改善起飞着陆性能，同时也可以提高大迎角时的机动性能。

3．鸭式飞机配平阻力小，因而续航能力好。

鸭式飞机虽有上述优点，但是由于还存在不少问题有待解决，使鸭式飞机的主要优点（即鸭翼与机翼都产生正升力）的发挥受到很大的影响，因此在很长一段时间内，鸭式布局使用不广泛。

针对这一问题，航空界进行了一系列的研究工作。

所谓近距耦合鸭式布局飞机，就是这方面研究的成果。

近距耦合鸭式布局飞机（简称近距耦合鸭式飞机）是指前翼与机翼距离很近的一种鸭式飞机，这种飞机往往采用小展弦比大后掠的前翼，此时前翼形成的脱体涡流经主翼表面，使主翼升力提高，而前翼也将受到主翼上洗气流的影响而增加升力。

同时，主翼表面的低压抽气作用，又提高了前翼涡流的稳定性。

因此，前翼与主翼近距耦合的结果，既增加了飞机的升力，也推迟了飞机的失速。

近距耦合鸭式布局的研究成功，使鸭式布局在战斗机上重新流行。

（二）边条机翼边条机翼是一种组合机翼，它是由中等后掠角和中等展弦比的基本机翼和位于翼根前部的大后掠角、小展弦比尖前缘的边条组成。

⼏种四代机J20,F22,T50的⽓动⽐较⼏种四代战机⽓动特性分析1.前⾔飞机作为⼀种重要的战争⼯具⾃1911年的意⼟战争开始已经有⼀百多年的历史了，杜⿊“制空权”的产⽣更是把飞机在战争中的作⽤推向了更⾼点。

⾃喷⽓式飞机诞⽣以来，国际上现在习惯把飞机划分为四代，第四代战机也就是最新⼀代战机的研制更是各国竞争的热点。

⽬前世界上存在和研发中的四代战机有：美国已经服役的F22，以及将要服役的F35；中国成功试飞的J20与J31；俄罗斯与印度共同研发的T50；同时还有⽇本研发中的“⼼神”。

本⽂就美、中、俄三国存在并⽐较成熟的四代机F22、J20、T50根据⽹上图⽚和部分已有资料，在⽓动设计上做了⼀些初步分析并⽐较了他们各⾃的优缺点。

2.飞机的⼀些具体参数注：1. 以上参数为⽹上给出仅作参考，甚⾄T50与J20还处于验证阶段，其参数为⼀些航空爱好者估算⽽出。

2. ——表⽰参数未给出。

飞机型号 F22 J20 T50 乘员 1 1 1 机长（m ）（不含空速管）18.92 21.26 22.0 翼展（m ） 13.56 12.88 14.20 机⾼（m ） 5.08 4.45 6.05 机翼⾯积（m^2） 78.04 —— 78.8 空重（kg ）17000 14365 17500 正常起飞重量(kg) 27216 25000 26000 最⼤起飞重量(kg) 38000 37000 36000 巡航速度(km/h)1963（1.82马赫） 1.83马赫 1,400 最⼤飞⾏速度 2.14马赫 2.5马赫 2,600(km/h) 最⼤升限（m ） 19812 20000 20000 实⽤升限（m ） 18000 18000 18000 航程(km)（带两油箱）4830 5500 4000 作战半径 (km) 2177 2000 —— 翼负荷（kg/m^2） 378 —— 470 推重⽐ 1.4 —— ——3.F22、J20、T50的⽓动特性3.1⽓动外形设计飞机型号F22 J20 T50 机翼形状蝶形翼三⾓翼三⾓翼后掠⾓⽐较⼩⼤中垂直尾翼⼤舵⾯操纵全动全动腹鳍⽆两⽚⽆⽔平尾翼全动⼩⾯积近似⽆全动鸭翼⽆上反全动⽆边条绫线边条绫线边条+翼前⼩边条绫线边条+可动边条翼机⾝宽⼤短粗偏窄修长扁宽修长进⽓⽅式两侧进⽓两侧进⽓两侧进⽓升⼒体技术较好升⼒体较好升⼒体⼤升⼒体采⽤边条翼技术是是是进⽓道CARET进⽓道DSI进⽓道CARET进⽓道进⽓道间距窄间距窄间距宽间距尾喷管形状长⽅形圆形圆形长细⽐⽐较⼩⼤中放宽静稳定性是是是3.2 F22⽓动设计分析3.2.1 兼顾亚⾳速和超⾳速巡航的蝶形机翼设计四代机与三代机在⽓动上很⼤的不同点在于四代机要求超⾳速巡航，这就需要降低超⾳速阻⼒系数，⽽降低超⾳速阻⼒⽆外乎增加后掠⾓、减⼩展弦⽐、减⼩机翼相对厚度、减⼩机⾝最⼤截⾯、增⼤长细⽐等措施。

现代化战斗机是一个由多方面因素综合作用所构成的整体，每一代战斗机的出现除了代表着在航空技术上所获得的发展之外，更加重要的是对战斗机的战术应用认识上的提高。

战斗机在设计之初所确定的技术指标和使用方式决定了飞机的整体设计特点。

随着科技的发展，在"先敌发现、先敌开火、先敌摧毁"作战思想的牵引下，战斗机已经发展到了以F-22、F-35为代表的第四代，其“超音速巡航、超机动性、隐身、可维护性”的特点已经成为第四代超音速战斗机事实上的划代标准。

战斗机的现代化改进虽然在技术上可以得到一定的发展和完善，但是由使用方式决定的固有设计特点却无法依靠技术改进来进行调整，第二代战斗机无论进行任何形式的改进也无法达到第三代战斗机的标准，以第三代战斗机的设计也根本不可能具备发展成第四代战斗机的基础条件。

因此，面对F-22、F-35 我们应该选择设计满足超音速、高隐身、高机动的第四代战机来与之抗衡，而不能幻想通过对现有机型进行优化改进就能与F-22、F-35为代表的第四代飞机及其他具有类似特点的飞行器进行抗衡和拦截。

由此，我们可以研究分析一下F-22、F-35以及早期阶段的YF-22和被淘汰出局的YF-23,从它们的设计特点上大致勾勒出我们所需要的能与之相抗衡的战机整体布局。

图1 F-22三面图整体上看，F-22、F-35以及之前的YF-22、YF-23都没有采用鸭式布局，主要原因是配平问题和隐身问题。

从配平角度看，为了实现有效的俯仰控制，鸭翼就无法配平机翼增升装臵产生的巨大低头力矩，为了配平增升装臵，鸭翼就要增大，这样对机翼的下洗也会随之增大，反而削弱了原来的增升效果；同时为了防止深失速，还可能需要增加平尾；大鸭翼也很难满足跨音速面积率的要求，这样就增大了超音速阻力不利于超音速巡航。

从隐身角度看，隐身设计的一个很重要的原则是要尽量保证机体表面的连续，而鸭翼恰恰是机身的不连续处，其位臵大小平面形状很难匹配。

案现代作战飞机的气动布局有很多种，主要有常规布局、鸭式布局、无尾布局、三翼面布局和飞翼布局等。

自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，飞机设计师们通常将飞机的水平尾翼和垂直尾翼都放在机翼后面的飞机尾部。

这种布局一直沿用到现在，也是现代飞机最经常采用的气动布局，因此称之为“常规布局”。

鸭式布局，是一种十分适合于超音速空战的气动布局。

早在二战前，前苏联已经发现如果将水平尾翼移到主翼之前的机头两侧，就可以用较小的翼面来达到同样的操纵效能，而且前翼和机翼可以同时产生升力，而不像水平尾翼那样，平衡俯仰力矩多数情况下会产生负升力。

早期的鸭式布局飞起来像一只鸭子，“鸭式布局”由此得名。

无平尾、无垂尾和飞翼布局也可以统称为无尾布局。

对于无平尾布局，其基本优点为超音速阻力小和飞机重量较轻，但其起降性能及其它一些性能不佳，总之以常规观点而言，无尾布局不能算是一种理想的选择。

然而，随着隐身成为现代军用飞机的主要要求之一以及新一代战斗机对超音速巡航能力的要求，使得无尾——特别是无垂尾形式的战斗机方案越来越受到更多的重视。

在常规布局的飞机主翼前机身两侧增加一对鸭翼的布局称为“三翼面布局”。

三翼面布局形式可以说最早出现在六十年代初，米高扬设计局由米格-21改型而得的Е-6Т3和Е-8试验机。

三翼面的采用使得飞机机动性得到提高，而且宜于实现直接力控制达到对飞行轨迹的精确控制，同时使飞机在载荷分配上也更趋合理。

俄罗斯的苏－34、苏－37和苏-47都采用这种布局。

早在二战期间，美国和德国就开始研究这种布局的飞机。

现代采用飞翼布局的最新式飞机，就是大名鼎鼎的美国B－2隐型轰炸机。

由于飞翼布局没有水平尾翼，连垂直尾翼都没有，只是像一片飘在天空中的树叶，所以其雷达反射波很弱，据说B－2在雷达上的反射面积只有同类大小飞机的百分之一。

变后掠布局较好的兼顾了飞机分别在高速和低速状态下对气动外形的要求，在六七十年代曾得到广泛应用，但由于变后掠结构所带来的结构复杂性、结构重量的激增，再加上其它一些更为简单有效的协调飞机高低速之间矛盾的措施的使用，在新发展的飞机中实际上已经很少有采用这种布局形式的例子了。

第1篇一、实验目的1. 了解和掌握不同气动布局的基本原理和特点。

2. 分析不同气动布局对飞行器性能的影响。

3. 通过实验验证理论知识的正确性。

二、实验器材1. 气动模型（如飞机模型、导弹模型等）2. 风洞实验装置3. 数据采集与分析软件4. 测量工具（如风速计、压力计等）三、实验原理气动布局是指飞行器各个部件的相对位置布置，它直接影响飞行器的空气动力学性能。

不同的气动布局具有不同的升力、阻力、稳定性、机动性等特性。

四、实验内容1. 常规气动布局实验（1）实验步骤：将气动模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。

（2）数据分析：分析常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。

2. 鸭式气动布局实验（1）实验步骤：将鸭式气动布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。

（2）数据分析：比较鸭式气动布局与常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。

3. 飞翼布局实验（1）实验步骤：将飞翼布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。

（2）数据分析：分析飞翼布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。

4. 三翼面布局实验（1）实验步骤：将三翼面布局模型置于风洞中，调整角度和速度，记录升力、阻力等数据。

（2）数据分析：比较三翼面布局与常规气动布局在不同攻角和速度下的升力、阻力特性。

五、实验结果与分析1. 常规气动布局常规气动布局具有较好的稳定性和机动性，但升力系数相对较低。

在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。

2. 鸭式气动布局鸭式气动布局具有较好的机动性和升力系数，但稳定性较差。

在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。

3. 飞翼布局飞翼布局具有较好的升力系数和隐身性能，但机动性和稳定性较差。

在低速和低攻角下，升力系数较高；在高速和高攻角下，升力系数较低。

4. 三翼面布局三翼面布局具有较好的升力系数、稳定性和机动性。

摘要飞机姿态控制包含俯仰（pitch）、滚转（roll）与偏航（yaw）方向，其中俯仰方向安定性和操控性是对飞行安全最重要的飞控参数。

如果以俯仰控制面安装位置对飞机分类，则可分为鸭翼（canard，法文鸭子的意思，来源于法国报纸对莱特兄弟飞机的描述）、水平尾翼（horizontal tail）、无尾翼（tailless）以及同时安装鸭翼和水平尾翼的三翼面（three surface）布局。

鸭翼布局虽然具有较佳升力特性，但如果未能妥善处理好鸭翼涡流与主翼、机身及垂直尾翼流场间的交互作用，将对飞行稳定与姿态控制产生不良影响。

但这个缺点在近距耦合概念诞生，并结合线传飞控系统后已经得到改善，诞生了几种成功的鸭翼战斗机。

本文从气动力学的观点出发，在不考虑飞控系统与推力矢量控制运用的成熟性、结构负荷极限、战场场景想定与战术运用等外在因素的情况下，对鸭翼布局的气动特点进行初探。

鸭翼-三角翼布局水平尾翼布局无尾三角翼布局三翼面布局前言人类第一架载人动力飞机“飞行者”号采用的就是鸭翼布局，该布局与水平尾翼布局相比，具较佳的升力特性，所以在飞机早期发展史上也能偶尔见到鸭翼布局战斗机。

但因为鸭翼布局复杂的气动特性，特别是缺乏足够的纵向恢复力矩，所以虽然最早运用在飞机上，却没有被后续战斗机普遍运用，水平尾翼布局反而成为“传统布局”。

随着线传飞控系统的诞生，因鸭翼与主翼间复杂气流交互作用导致的操控问题得以解决，推力矢量控制进一步解决俯仰方向控制。

欧洲和中国的新一代战斗机，因侧重瞬间转弯能力以及短场起降需求，多采鸭翼布局设计，而美俄则继续坚持传统布局战斗机。

显见两种布局各具优点，使设计人员于在不同设计考虑下，在两种迥异的气动外形下，依据战场环境与作战需求设计出各自的性能优异的战斗机。

中国的歼-20是目前唯一的鸭翼布局隐身战斗机随着中距空空导弹的日益普及，视距外交战（beyond visual range, BVR）已成为未来空战的必然模式，战斗机操控性似乎不如武器性能重要。