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1、摘要我们看到任何一架飞机，首先注意到的就是气动布局。飞机外形构造和大 部件的布局与飞机的动态特性及所受到的空气动力密切相关。关系到飞机的飞 行特征及性能。故将飞机外部总体形态布局与位置安排称作气动布局。简单地 说，气动布局就是指飞机的各翼面，如主翼、尾翼等是如何放置的，气动布局 主要决定飞机的机动性，至于发动机、座舱以及武器等放在哪里的问题，则笼 统地称为飞机的总体布局。飞机的设计任务不同，机动性要求也不一样，这必然导致气动布局形态各 异。现代作战飞机的气动外形有很多种，平直机翼布局、后掠翼布局、变后掠 翼布局、无尾翼布局、鸭式布局、三翼面布局、前掠翼布局等。而以巡航姿态 为主的运输机等大型飞
2、机，其气动布局就相对比较单一，主要以常规布局为主关键词：翼型； 尾翼； 气动外形； 空气动力引言1一、现代飞机常见气动外形2（一）作战飞机气动外形2（二）非作战飞机气动外形7二、国内飞机常见气动外形7（一）作战飞机气动外形7（二）非作战飞机气动外形9三、飞机气动外形发展11（一）作战飞机气动外形的发展11（二）非作战飞机气动外形的发展11四、我国大飞机气动布局设计的发展建议15致谢17参考文献18引 言自从莱特兄弟发明第一架飞机以来，航空科技一直伴随着科技革命的推进 迅速发展，由于该行业属于技术密集型，因此也使得航空科技一直云集着该时 代最先进的科技成果，和众多的行业精英。因此航空技术往往代表
3、着一个时代 的科技水平，也促进和引领着科技进步。而一个时代的航空科技水平则主要体 现在该时期的航空器上，飞机作为数量最多、最为常见的航空器，当然代表着 一个时代航空科技的水平。而一个时代飞机的技术水准，则直观的体现在飞机 的气动外形上。从飞机的气动外形我们就可以看出：这个时代航空科技的总体 水平，这个时代的设计理念，甚至这个时代的军事政治战略格局等等。因此， 研究飞机的气动外形及其发展，对于我们学习航空科技进而了解世界科技、历 史、军事、政治等方面知识有着深远的意义。-现代飞机常见气动外形（一）、作战飞机气动外形作战飞机由于不同作战任务的需要，往往要求其具有：高速度、高升限、 高机动性、大过载
4、量等空战所需的性能，因此作战飞机“家族”拥有者丰富多 样的气动外形种类。常见的气动外形种类就有：平直机翼布局、后掠翼布局、 变后掠翼布局、无尾翼布局、鸭式布局、三翼面布局、前掠翼布局等。平直机翼布局自从第一架飞机发明以来，飞机设计师们通常将飞机的机翼垂直的布置在机 身中部，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，称之为“平直机翼布局”。这种布局的作战飞机在早期非常常见，如二 战期间著名的：日本“零式”战斗机，曾在太平洋战场辉煌一时，然而随着飞 机速度的加快，“平直机翼布局”以经不能满足更高速度的要求而逐步走向衰落， 当然现在也不是没有这种布局的飞机，一些螺旋桨运输
5、机如：美国的C-130“大 力神”、我国的运-8 “幼狐”等任然采用“平直机翼布局”，甚至一些战斗机也 在采用如：美国的A-10 “雷电”攻击机也在采用这种布局。不难看出这些飞机 都是一些适宜低速飞行的飞机，也正是由于低速飞行的运输、作战需要才使得 这种早期的气动布局得以保留至今。后掠翼布局所谓“后掠翼布局”其实只是在“平直机翼布局”的基础上使机翼与机身 之间有一个后掠角，这种设计使得飞机能够适应更高速度的飞行。由于后掠翼 能够延缓机翼上的气流分离，而使飞机不至于过早失速，因此后掠翼的飞机能 够突破平直机翼布局飞机的速度瓶颈，正是由于后掠翼飞机的出现，才使得人 类突破了声速。因而早期的超音速飞
6、机大都采用的是后掠翼布局如:美国的F-86 “佩刀”、前苏联的米格-15 “柴捆”、米格-19 “农夫”等等，而前两者在朝鲜 战场上的较量也一直是世界空战史上著名的一页。值得一提的是，现役作战飞 机中仍有不少采用后掠翼布局如:美国引以为豪的主要空中核威慑力量B-5“空 中堡垒”远程战略轰炸机，俄罗斯的图-95 “熊式”战略轰炸机等等。然而，后掠翼虽然高速飞行时气动性能较佳，但其在低速的气动性能却远 远不及平直机翼布局飞机，尤其是在起飞和着陆时。变后掠翼布局为了获取后掠翼飞机的高速性能，同时兼顾平直机翼飞机的低速性能，人 们研制出了 “变后掠翼”飞机，这种飞机在低速时机翼前段调至与机身垂直， 而
7、在高速时则调至后掠，因而解决了后掠翼在低速时与平直翼在高速时的问题， 在此期间研制的著名战机就有：前苏联的图-22M “逆火式”变后掠翼远程超音 速战略轰炸机、图-160 “白天鹅”变后掠翼远程超音速战略轰炸机、苏-24战 斗轰炸机，以及美国的B-1B “枪骑兵”变后掠翼远程超音速战略轰炸机、F-14 “雄猫”变后掠翼重型舰载战斗机等等。毋庸置疑变后掠翼战斗机引领了当是 的科技浪潮，同时也体现出冷战时期的战略格局，以及当时两个超级大国的战 略方针一一超低空突防，也正是这种背景下才有了那几种著名的变后掠翼超音 速战略轰炸机。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
8、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无尾翼布局无平尾、无垂尾和飞翼布局也可以统称为无尾布局。典型无尾翼布局飞机 如：法国的幻影-2000 （无平尾布局）战斗机、美国的B-2 （飞翼布局）隐形轰 炸机。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，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，使得无尾一一特别是无垂尾形 式的战斗机方案越来越受到更多的重
9、视。对于一架战斗机而言，实现无尾布局将带来诸多优点。首先是飞机重量显 著减少；其次，因为取消尾部使全机质量更趋合理地沿机翼翼展分布，从而可 以减小机翼弯曲载荷，使结构重量进一步减轻；另外，尾翼的取消可以明显减 小飞机的气动阻力，同常规布局相比，其型阻可减小60%以上；不言而喻，取 消尾翼之后将使飞机的目标特征尺寸大为减小，隐身性能得到极大提高；最后 尾翼的取消同时减少了操纵面、作动器和液压系统，从而也改善了维修性和具 有了更低的全寿命周期成本。在有垂尾的常规飞机上，垂尾的作用是提供偏航/滚转稳定性，尤其是偏航 稳定性，此外垂尾的方向舵还参与飞机的偏航控制。取消垂尾之后，飞机将变 为航向静不稳定
10、，同时丧失偏航控制能力。采用放宽静稳技术之后，无垂尾飞 机可以是航向静不稳的，但不能是不可控的。针对这一问题可以采用推力矢量 技术加以解决。推力矢量技术作为新一代战斗机高机动性的主要动力目前已经 得到了较为完善的发展，大量实验都证明，在无垂尾的情况下，推力矢量具有 足够有效的操纵功能。一个不容忽视的问题是，推力矢量系统发生故障或者在作战中受伤后飞机 如何操纵。在最低的要求下，推力矢量系统失效后飞机至少还应具有安全返航 的能力，因此无垂尾飞机的平飞、不太剧烈的转弯机动以及着陆所需的偏航控 制能力应该能够由气动力控制来满足。作为无尾飞机的余度保险操纵方式之一 的是与传统机翼设计方法完全不同的所谓“
11、主动气动弹性机翼”（AAW）。在传 统机翼设计中，一般都要保证刚度以使机翼变形最小，而AAW利用机翼的柔度 作为一种对飞机进行操纵的方式，它通过使整个机翼发生一定的变形而得到操 纵飞机所需的气动力。通常规舵面相比，AAW具有效率高而翼面变形小的特点。 除了 AAW技术之外，还有其它一些传统非传统的气动操纵方式也可以推力矢量 系统的余度保险和补充。它们包括开裂式副翼、机翼扰流板、全动翼梢、差动 前翼、非对称机头边条、扰流片-开缝-折流板（SSD）、前缘襟翼等等。无论是采用AAW还是采用气动操纵面的方式，无尾飞机都需要有全新的飞行 控制律。无尾飞机在纵向和航向都将是静不稳定的，这就要求飞机上的各类
12、操 纵装置共同协作产生所需的各种力和力矩，各操纵装置还将存在各种线性或非 线性的相互干扰，使得控制律变得相当复杂。此外在部分操纵装置失效的情况 下，剩下的操纵装置需要实时重新构型，并且需要实时地采用新的控制律，即 所谓“重构系统”。这些都是无尾飞机设计中需要加以解决的问题。鸭式布局鸭式布局，是一种十分适合于超音速空战的气动布局。早在二战刖，刖办 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。采用鸭式布局的飞
13、机的前翼称为“鸭翼”。战机的鸭翼有两种，一种是不能 操纵的，其功能是当飞机处在大迎角状态时加强机翼的前缘涡流，改善飞机大 迎角状态的性能，也于飞机的短矩起降。真正有可操纵鸭翼的战机目前有欧洲 的EF-2000 “台风”、法国的“阵风”、瑞典的JAS 39“鹰狮”等，还有如今 我国先进三代歼击机歼-10。这些飞机的鸭翼除了用以产生涡流外，还用于改善 跨音速过程中安定性骤降的问题，同时也可减少配平阻力、有利于超音速空战。 在降落时，鸭翼还可偏转一个很大的负角，起减速板的作用。三翼面布局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
14、高扬设计局由米格-21 改型而得的E-6T3和E-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-33“海侧卫”、苏一34 “鸭嘴兽”、苏一37 “超侧 卫”、和苏-47 “金雕”等都采用这种布局。美国在F18上也试过这种布局， 但没有发展为生产型号。三翼面布局的前翼所起的作用与鸭式布局的前翼相同，使飞机跨音速和超 音速飞行时的机动性较好。但目前这种布局的飞机大多是用常规布局的飞机改 装成的。三翼面布局的缺点是增加了鸭翼，阻力和重量自然也会增大，电传操 纵系统也会复杂一些。不过这种布局对改进常规布局
15、战机的机动性会有较好的 效果，如：俄罗斯著名的苏-27战斗机可以做出“普加乔夫眼镜蛇机动动作” 苏-37在气动外形上只比苏-27增加了一对鸭翼，则可以轻易做出“眼镜蛇机动 动作”甚至是“钟摆动作”。前掠翼布局图b前掠翼布局前掠翼与后掠翼正好相反，梢弦在根弦的前面，前掠翼是和后掠翼同 时提出的，两者推迟激波产生的原理是完全相同的。前掠翼技术可使飞机 在亚音速飞行时具有非常好的气动性能，从而大大提高其在仰角状态下的 机动性。若前掠翼布局与推力矢量控制系统综合使用，还可使其在空战中 更具优势，其近距空战机动能力将成倍地提高。前掠翼的严重问题在结构方面，沿结构曲线方向的弯曲变形会使外翼 沿气流方向增大
16、迎角增加外翼部分升力，进一步增加机翼的弯曲变形。在 足够大的速度下，这种现象会形成恶性循环，直到使机翼弯曲折断。这个 现象称弯扭发散。开始弯扭发散的速度称弯扭发散（临界）速度。为了提 高前掠翼的弯扭发散速度，需增加机翼抗弯刚度，这就会导致机翼结构重 量的增加，以致完全抵消采用前掠翼带来的好处。这是前掠翼飞机很少被 采用的主要原因。俄罗斯苏霍伊设计局的苏-47 “金雕”、美国的X-29验证 机采用的就是前掠翼布局。（二）、非作战飞机气动外形非作战飞机其主要用途是民航运输、太空观测、农林业作业等等，其功能 决定了非作战飞机主要在亚音速或低速下飞行。因此非作战飞机的气动外形特 点相对作战飞机而言比较单一，以：平直机翼布局、后掠翼布局为主也有少量 无尾翼（无平尾）布局，如：英法合作的“协和号”超音速客机和前苏联的图 -144超音速客机等。显然，民
