解析F-47

晨枫

4 m1 y4 R- ~) C( ?  c/ _F-47的真容依然是保密的，但51区的试飞视频流传出来后，引起人们的极大兴趣。现在看到的很可能是F-47的某种技术验证机，不是真容，但考虑到YF-22与F-22、X-35与F-35的关系，现在看到的技术验证机（姑且成为YF-47）很可能在大方向上确定了F-47的气动布局。
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* A) ^0 s( H$ e$ b有人根据模糊的视频图像画出YF-47的想象图。不能说这有多精确，但这是现在能得到的最精确的描绘了。从这里，可以得到不少有意思的结论。
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% w7 U4 N9 t0 b& ~这明白无误地是一架鸭式飞机，但机翼采用奇特的下垂翼尖。上反的翼尖用于控制翼尖扰流，减少翼尖涡流引起的阻力。下垂翼尖在理论上可以达到同样的效果，但很少采用。下垂翼尖离地较近，起飞、着陆时如果横向摆动，翼尖容易触地。YF-47的下垂翼尖也太大，明显不是控制翼尖扰流用的。

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$ G7 \$ X. y* n5 O7 Y5 V60年代的XB-70轰炸机采用下垂翼尖，那是用于产生压缩升力的。这是近乎升力体的升力产生机制，特别适合在空气稀薄的极高空以极高速飞行，XB-70就是M3的轰炸机。但YF-47明显达不到M3的速度，美国空军的要求是M2+。压缩升力应该不是问题。
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( c6 Q, x, l" }( J( W% }( k/ H波音“猛禽”（Bird of Prey）技术验证机也采用下垂翼尖，还带有后缘气动控制面。这其实可以看做倒置的浅V形双垂尾，只是安装在翼尖而不是机身，因此间距特别宽大。这还有一点在侧面方向上遮挡发动机喷口红外信号的作用。

) }- M! j& R6 K4 g" X, x4 J  I与常规向上树立的浅V形双垂尾相比，倒置浅V形双垂尾在大迎角飞行是没有机体遮挡和涡流问题，所以把这看做超大而且可动的双腹鳍也可以。

( k$ A! o8 A- ^# w" p9 I0 z问题是这样的设计使得升力中心很靠后，不利于气动平衡。为此，波音“猛禽”设计可宽扁的铲形机头，加上扁平的机身下表面，产生靠前的升力，恢复气动平衡。

; `1 }4 V( x8 k; E# M并非巧合的是，F-47的前机身与波音“猛禽”惊人地相似。
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8 J6 j& c9 x. K/ ?% e: ?这也将是美国第一种鸭式战斗机，当年“让鸭翼装在敌人战斗机上就好”的豪言壮语悄悄地吃掉了。
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波音“猛禽”只是验证铲形机头-下垂翼尖组合的技术验证机，能飞、可控就行，并没有多少机动性要求。F-47对机动性还是有点追求的，美国空军吃F-35机动性不足的哑巴亏吃够了，不想重复错误。因此需要用到另一架技术验证机的技术。
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麦道X-36是一架很惊艳的高机动技术验证机，生来就是为下一代战斗机技术研制的。引人注目的是，X-36没有垂尾，但有鸭翼。实际上，还有可横向偏转的推力转向。换句话说，这是用横向推力转向取代垂尾的鸭式战斗机。
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X-36的推力转向与F-22那样的机械式不同，这是流控式，采用附面的小喷流，在一侧加速以形成低压区，对主喷流产生吸附作用，这样来形成推力转向。没有机械部件，重量轻，推力损失小。
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# r' o) i/ A0 D* Y: W4 ~* q& V这是亚音速喷流的情况。超音速喷流式，可能换一个办法，用小喷流导致收敛-扩散喷口的喉部正激波变形，引导喷流转向。



" [* S; ]: i9 d+ H7 u' t还有其他办法。但显而易见，流控式推力转向的机制和实现较为复杂，可靠性和精细度的挑战很大。但也可超出F-22那样的二维偏转，实现三维偏转。
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YF-47将倒置浅V双垂尾和流控式横向推力转向相结合，比如推力转向用于粗调，倒置浅V双垂尾用于细调，可以达到较好的偏航控制，飞控复杂性也当然相应增加。
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; ~& @% ^) ?5 Q1 G: |* g与中国南北六代相比，中国使用更加简洁的大三角基本构型。就气动而言，大三角更加高效，而且翼内油箱容积更大。就偏航控制而言，南六采用机翼后缘双自由度控制面，北六采用可动翼尖，各有千秋，后者可能更先进一点。下垂翼尖的优点是更加成熟可靠。高下要到看到真实机动飞行的时候才能比较出来。
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但南北六代更加简洁的气动外形无疑对减阻和隐身有利。

鸭翼一般要与主翼有所分离。“台风”和“阵风”都是鸭翼在前上，主翼在后下，通过两个不同平面来避免不利耦合；

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歼-20在同一平面，靠鸭翼上反来避开不利耦合。
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X-36看不出来，YF-47现在也难判断。前向艺术渲染图上是同一平面，而且没有不同的上反。最后可能和歼-20一样，还是需要上反角的差别来保证鸭翼和主翼气流有所分离。
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; T) J& Z/ ?. X  ~. i鸭翼无疑有助于机动性，但南北六代在早期试飞的视频里就展现了不俗的机动性。如果最后F-47和南北六代在机动性上没有多少差别，这只能说明中国的气动设计水平已经领先于美国，而且是在隐身也领先的情况下。

. X4 S- B" K. r1 Z不过YF-47的隐身设计也是有好处的。最好的隐身设计是所谓“四回波”设计，只有前左、前右、后左、后右四个方向上有较强回波，在正前、正后、正侧方最多只有弱回波。
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3 k! I0 Y) \2 l$ B' M正前是敌人方向，正后对逃离很重要，正侧一般是水平方向上投影面积最大的方向。在这几个方向上把稳定回波降到最低，其他方向本来就在不同程度上一闪而过，这样基本上就达到全向隐身的要求了。
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从外形隐身的原则来说，所有前后缘统统对齐，是达到“四回波”的刚需。在这一点上，YF-47看来做到了。相反南北六代因为相对平直的机翼后缘，没有做到“四回波”。但更加长直的机翼前缘避免了不必要的转折和反射，无鸭翼也意味着减少突出物造成的反射，在总体上，南北六代的全向隐身性能应该有用YF-47。

YF-47的主要目的应该还是测试气动和飞控设计，发动机、雷达、人机、AI等都可以到后面再说。F-47要求在2028年首飞，那时更多细节必将公诸于世。到时候回过来看看，现在的推测有多少是靠谱的，会很有意思。