; k- r8 j6 f, s/ C7 j全动垂尾可以缩小垂尾的被动安定作用,降低阻力和侧面反射面积,通过主动偏转来维持航向稳定或者实现机头指向的改变,歼-20和苏-57就是这样的。 ( N& C/ B- m: g' F: T# i" G8 g3 [; L
但无尾意味着缩小面积的全动垂尾都没有。B-2是第一种实用化的无尾飞机。 2 e5 o6 `& E7 j- L* f, e; x* x0 K, u7 C0 G
B-2的构型称为无尾飞翼。无尾很显然,飞翼则指机翼和机体融合为一体。B-2在历史上首次实现全向隐身,这是敢于深入敌后徘徊猎歼的底气。 + V2 W2 Y+ N, N8 o7 e& J! r3 a' k6 q+ @ r: C+ W. C
B-2首创用开裂式副翼控制偏航的方法。这是在外侧副翼的位置,将原本一片的副翼分成上下两片,对称开闭,以形成两侧不对称阻力,既控制偏航,又不导致“计划外”的横滚力矩。, x; y+ S' [ Z1 H9 J" P4 ~) P; z9 r
7 F% t, H u3 l. P! z开裂式副翼机械复杂,重量较大,机翼结构较为肥厚。为了降低重量,开裂式副翼的面积相对较小,为了保持足够的控制灵敏度,需要在正常飞行的时候也保持一定的开度,形成不必要的阻力。对隐身飞机来说,开裂本身在后向形成角反射器,这对以全向隐身为特长的无尾飞机是个尴尬。& L, l/ R6 f" Z
6 Y4 ~5 m4 p4 @* q: |! }开裂式副翼也不宜作为正常副翼使用,机械限制使上下翼面不便同向偏转。这样一来,使用开裂式副翼的无尾飞机还要另外设置正常副翼,还因为必须把外侧更加有效的位置让给开裂式副翼,而必须增加正常副翼的面积,带来重量和阻力代价。3 G" t4 x( a8 g* T+ A Q+ X
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在很长时间里,开裂式副翼作为“必要的代价”而存在,不管是有人机还是无人机,无尾飞翼几乎无一例外,都采用开裂式副翼。在南北六代和无歼之前,无尾飞翼都不超过高亚音速,因为后掠较小、翼展较大,靠近翼尖的开裂式副翼不需要多少开度就能实现较大的控制力矩,不是没有好处的。常见的问题是纵长不足造成俯仰控制力矩的难题。* v; z. e& S6 N* C0 o0 H9 e
" \: k" h4 D+ Z2 \! L6 ~南北六代和无歼是否还能称为飞翼吗?这是学术上的牛角尖,不重要,不钻。重要的是,超音速后,后掠角和机体长细比必定较大,纵长和俯仰控制力矩的问题解决了,但翼展较小,偏航力矩的问题出来了。机翼较薄,也不利于采用开裂式副翼。 . ~- i( F3 c' Z) T. Z' l7 A# D2 x3 ~& q% ?
中国另辟蹊径,采用全动翼尖,而且问题解决得很彻底、很完美,一步到位实现“无尾自由”,北六和南北无歼都用上了,南六则采用另一思路的分裂式可升降副翼/垂尾。$ l D. H5 W7 m; k
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全动翼尖不对称偏转时,可以产生强大的翼尖力矩,无疑对控制偏航很有效。问题是,全动翼尖偏转时,会带来不必要的横滚力矩。可巧,正常的副翼就是用于横滚控制的,正好用于补偿。这样,副翼和全动翼尖的反向动作正好相当于开裂式副翼,但在机械上更加有利、有力,还不形成角反射器。 - A( _3 K: _* N, I9 G* H) Y. Z) p! ]8 G& f) c* r" M
可巧,相关问题中国在V形全动垂尾上已经走过一遍了。歼-20那样的V形尾的一大问题是偏转时导致“计划外”的横滚,需要副翼动作加以补偿。现在只是把全动垂尾换成全动翼尖,南技北用了。然后,全动翼尖又回到“无歼-X”,又北技南用了,充分体现了中国航空科技的“竞争中的一盘棋”特色。 / F0 ?2 s0 e! z. {% f6 K D5 B ( E7 F# N9 S5 ^+ o# Q% @6 O M全动翼尖不仅可以用于正常飞行时的偏航控制,还可用于尾旋改出。在强烈尾旋时,飞机的前进速度无足轻重,但急速平转加深飞机的失控,非常危险。 6 N# L$ C+ Z3 r6 @ }' V6 }! M7 G! `高大的垂尾有防止进入尾旋和帮助改出的作用,开裂式副翼对改出尾旋的作用微不足道,但全动翼尖的改出尾旋的作用十分有力。因为远在翼尖,远离重心,制止平转几乎立竿见影。这就是说,全动翼尖还有兜底作用,在用尖锐、宽大的边条或者等效的机头、机体侧棱的时候,可以大胆利用其涡流增升的作用,又不怕非线性升力和不对称涡流造成失控的危险。波音F-47采用鸭翼,可能有用鸭翼对涡流的控制作用,避免不对称涡流导致尾旋的考虑,说到底,没有掌握中国的独门秘器。& S$ x& J& ^3 l9 I9 d. M9 m& Z
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有意思的是,机翼后缘的副翼通常有前掠或者后掠带来的效率损失问题。与前进方向成非垂直角度的副翼在偏转时,产生与后缘垂直的阻力,这可分解为前进方向的分力和横向分力。后掠的副翼产生向内的横向分力,前掠的后缘产生向外的横向分力。1 k; p1 u$ {1 {6 K! c
! k% G. B) S: w2 U0 V9 g正常副翼是左右两侧机翼对称偏转的,所以横向分力互相抵消。但这是无用功,只是无法避免而已。 , c1 T* N- d8 N$ f. H* }1 v6 v5 D% M7 a, R( h
相比之下,襟翼用于低空低速时产生额外升力,以便及早升空,或者降低着陆速度。低空低速时对阻力特别敏感,推力不能在无用功上浪费,所以机翼内侧的后缘常常减小后掠,甚至基本平直,有助于襟翼效率最大化。增加的翼根弦长也有利于结构受力。 4 ]* Z& ^2 P( `9 w& C0 ` ( c1 v h1 L6 n( ^# q但对于无尾飞机,后掠或者前掠带来的这个横向力就是天赐良机了。所以“无歼-X“的后缘前掠、”无歼-Y“的外翼段后缘后掠都较大,一点不顾忌”常识“里的效率损失和阻力代价。9 ?0 C2 M' I1 e( }+ U+ X
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这样,对于兰姆达翼的“无歼-Y“来说,要产生机头向左的偏航力矩,将左侧副翼偏转一定幅度,同时用全动翼尖补偿横滚,偏航力矩得到副翼横向力和不对称阻力的双重加持,事半功倍。采用菱形翼的“无歼-X”也相似,只是副翼横向力的方向相反。至于是全动翼尖补偿后掠(或者前掠)副翼,还是后掠(或者前掠)副翼补偿全动翼尖,这就是眼下热议中“3x8还是8x3”的问题了。只要最后达到控制偏航又不导致“计划外”横滚,怎么解释都可以。 " |# D8 g% w2 D# M9 X1 S6 ?: v # t) I" w. m3 T8 N6 c& e" S+ `当然,全动翼尖不是捅破一层纸那么简单。本来沿整个弦长的受力结构变为转轴的单点受力,结构刚性、转动的灵敏度、稳定度、机械的可靠性、耐久性都不是轻而易举就能解决的。这与全动垂尾的技术是相通的,但全动垂尾在全世界也只有歼-20和苏-57使用,大量生产的只有歼-20,并不是因为没人知道好处。 . a0 b" x8 B) G. f+ g6 C' r( f8 l. }2 S
然而,解决问题、实现“无尾自由”后,天地就无比宽阔了。 5 o( H, w& G3 Z6 G ) R' K& C! o6 j# }( d. B" ?, B* q+ g在阅兵中,央视刻意指出这俩无歼是“无人制空作战飞机”。“无人作战飞机”(UCAV)的说法已经有一段时间了,后来也用“忠诚僚机”、“无人僚机”等说法,但核心都是辅佐有人战斗机的辅助飞机。 O6 r/ P1 q- h( k0 a& X. P5 H* ~4 D3 H/ E* B; H
美国空军从察打一体的MQ-1“捕食者A”和MQ-9“捕食者B”开始,首先推出喷气化但依然只是察打一体、以察为主的MQ-20“捕食者C”,然后发展到“外载传感器-武器舱”的MQ-67,现在进一步发展到“协同作战飞机”(CCA),眼下正在YFQ-42和YFQ-44之间竞争。但万变不离其中:这些都是亚音速、中等机动、中等隐身、具有有限作战能力的辅助作战飞机,主要任务是站岗放哨,最多在有人长机进入交战时递刀子。1 o% w- X1 b8 K& r" w/ [
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其实,“忠诚僚机”的说法本身就说明问题。长机由经验丰富的飞行员执飞,带领僚机作战,主要任务是搜索和攻击;僚机由经验不足的新飞行员执飞,在长机的指挥下作战,主要任务是观察和掩护。 9 T& z: r% K2 R E5 t+ B, U* X% Q$ ~在对无人作战飞机信心不足的时候,这样的“长幼有序”是有道理的,但也对无人作战飞机的天花板从定位上就加以限制。事实上,YFQ-42和YFQ-44连“忠诚僚机”都算不上,亚音速、中等机动性根本跟不上有人机,中等隐身也随时会“出卖”隐身有人机的行踪。* M9 j z) z9 U' ~; d( K
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“完全版无人僚机”的作用依然不超过站岗放哨、必要的时候递刀子,甚至有人长机遇险时舍身救主。这些任务“无歼-X”和“无歼-Y”都能胜任,但大材小用了。必须看到,“无歼-X”和“无歼-Y”从来就不是可消耗的低成本无人机,也不该当做低成本无人机使用。' c' y8 b& ?! ?8 H; c/ w' Q