全球五代机只有中国用鸭翼，优点很明显，为何美俄敬而远之？
The following article comes from 诸葛兵 Author 诸葛兵
文 | 诸葛兵
只做优质军事内容，让你获得军事知识，充实军迷每一天，一万期的长征路。
作为中国军工性能颜值双担当的20姬，却始终因为鸭翼遭到不少吃瓜群众的诟病。
▲稍微百度一下，就有一堆关于歼20鸭翼不行的相关搜索
有些人认为歼-20的鸭翼是一个失败设计。
理由也无非是上图提到的那些，什么“发动机性能不足的替代方案”“破坏隐身”“美俄五代机都不用鸭翼，所以鸭翼”不好这几种。
▲歼-20是唯一使用鸭翼的现役五代机
今天咱也给鸭翼正个名，20姬的美貌岂能用如此眼光来品评！
鸭翼（Canard）得名于法语中的鸭子，因其安装在主翼前方，与鸭子的脚蹼相似，故有此别称。
坊间还有另一种说法，使用鸭式布局的飞机主翼靠后，机身前半段较为修长，与鸭子“飞行”时的外形很相似，因此这种气动布局被称作鸭式布局，“小翅膀”也就跟着被叫成鸭翼了。
▲鸭子起飞的瞬间
与我们的传统印象不同，鸭翼既不特殊、也不新颖、更不奇怪。
早在117年前的1903年，美国莱特兄弟设计的第一架有动力飞机“飞行者1号”（Wright Flyer）就是鸭（前）翼布局。
▲创造历史的飞行者1号
也就是说，这种布局才是所有飞机气动设计的老祖宗，我们司空见惯的后掠翼、三角翼反而是后生晚辈。
但在随后的发展中，人们没有再沿用首先实现飞行的鸭翼设计，而是广泛改用了平直翼的经典活塞机设计方案，直到二战结束。
▲美国P-51“野马”是活塞战斗机的巅峰之一
产生这种现象的原因有两个，一是各飞机制造公司为了规避莱特兄的设计专利，二是鸭翼会增加气动的不稳定性，当时的技术手段无法实现稳定控制，安全隐患极大（莱特兄弟后来也不用了）。
但尽管如此，人们对鸭翼的探索并没有完全中断。
上世纪40年代初，美国柯蒂斯-赖特公司（Curtis Wright），为竞标美国陆军航空队提出的R-40C战斗机改进计划，开发了采用鸭翼、后置发动机布局的XP-55“升腾”。
▲奇形怪状的XP-55
这种设计在当时看起来十分异类，而且性能和操控较差，三架原型机摔了两架，造成1名飞行员和4名平民死亡。
喷气时代到来，XP-55计划也就正式下马了，现存一架孤品展示于密歇根州的卡拉马祖公园。
▲停放在密歇根州卡拉马祖公园中的XP-55孤品
除了美国，日本也在二战时期探索过鸭翼。
1943年，海军航空技术厂着手试制J7W1——震電（也叫震电、しんでん）战斗机，它也采用了鸭翼+后置发动机的气动布局。
▲震电长得样子和美国那个XP-55差不多。日本人还声称震电击落过B-29，但始终拿不出实锤
但随着日本战败，这种飞机也没能量产。
值得注意的是，二战期间尝试鸭翼的还有意大利的Ambrosini SS.4、英国的Miles M.39B Libellula“蜻蜓”。
这么多国家都在研究“鸭翼”，足以说明大家都意识到了鸭翼的潜力。
▲英国皇家空军的鸭翼概念机
那么这种设计的优点在哪里？又为什么会引得如此多的国家纷纷投入人力物力去研究？
概括地讲，鸭翼具有提升操控性、失速攻角、升力系数的作用，需要时也能充当俯仰轴，可谓好处多多。
▲意大利Ambrosini SS.4
然而，“鸭翼”并不是给飞机插上一对小翅膀这么简单，它需要完美融合空气动力学、飞行控制系统、机体结构设计等方方面面的问题，研制难度大、风险高。
这就使得不少国家即使投入大量人力物力，在受到技术限制后，只能无奈放弃。
因此直到今天，鸭翼也被视为“非主流”，前文提到的四种验证设计在当时的历史背景下更是异类中的异类，奇葩中的奇葩。
▲鸭翼+后置涡桨的设计并未完全消失，图为采用同类布局的“比奇星际战舰”（客机）
直到超音速时代到来，各国空军对新型气动布局的需求，极大刺激了机型设计的革新与探索，尘封数十年的鸭翼这才有重见天日的机会。
犹豫就会败北，果断全都白给，鹰酱和毛熊，率先开始论证鸭翼+三角翼这种全新组合的可行性。
北美航空拿出的方案是XB-70“女武神”超音速轰炸机，而苏霍伊则用T-4与之对标，二者均以3马赫的巡航速度为主要看点（3马赫巡航的轰炸机，搁今天也是黑科技）。
▲XB-70“女武神”超音速轰炸机
可惜二者因为技术不成熟、洲际导弹成为核心威慑力量等原因双双下马。
1981年，瑞典萨博-37“雷”式战斗机正式服役，它被公认为最早采用鸭翼的量产型现代战斗机。
然而这种激进而罕见的设计，却在当时引起了广泛的争议。
▲萨博-37“雷”式战斗机
但事实证明，“雷”式的鸭式布局是一种非常成功的设计，它有效平衡了短距起降、超音速、亚音速和低速段飞行时不同气动需求间的矛盾，同时提高了升力与操控性，用实际效果证明了鸭翼的价值。
此后，鸭翼开始逐渐被航空界所接受，部分北约成员国和苏联都点开了鸭翼的科技树，时至今日仍有台风、阵风、Su-33、Su-34等耳熟能详战机装有鸭翼。
▲法国“阵风”战斗机
在这股大潮中，我种花家并没有当看客，也在很早就开始了相关研究和应用尝试。
1964年上马立项的歼-9截击机，就首次采用了我们从未尝试过的鸭式布局，可见当时中国的飞机制造者，已经注意到鸭翼的潜在优势。
▲歼-9截击机的气动模型
尽管歼-9因为材料工艺等问题没有修成正果，但我们获取了大量气动数据，为中国鸭式布局的理论研究打下了坚实基础，日后歼-10、歼-20的成功研制亦从中受惠。
鸭翼从被排斥到被接受，电传操纵系统逐渐成熟也是前提之一，但自身设计的变化同样重要，尤其是近距耦合概念的出现，使得鸭翼具备了“金坷垃”般的功效——涡流增升（不是骨质增生，谢谢）。
▲亲爱的达瓦里希，那对小翅膀好像在冒烟！
工程师们发现，当大后掠角的鸭翼位于主翼前上方不远处时，鸭翼产生的涡流会向下附着到主翼上，与主翼自身的涡流互相作用，进而形成包覆主翼的低压区，产生减少阻力、增加升力的效果，这便是“耦合作用”或“耦合现象。”
耦合作用在鸭翼+三角翼的机体布局中尤为明显，又因这种布局的鸭翼和主翼距离很近，因此被称为“近距耦合”或“紧密耦合”。（实际上能够产生耦合作用的都可以被归类为近距耦合）
美苏早期实验的XB-70与T-4时，都没有产生这种效果，因为它们的鸭翼是被设计用来抵消高速飞行时，主翼升力过大产生的重心后移，防止俯仰轴失控和一定的配平辅助操作。
由于鸭翼和主翼之间的距离非常远（跟轰炸机巨大的身形也有关系），所产生的涡流也不足以与主翼形成耦合，所以当时的工程师并未意识到鸭翼的巨大潜力。
▲前苏联T-4轰炸机
两个超级大国领先起跑，却是瑞典人对近距耦合的成功应用，给了全世界一个标杆式的范例，让大家看到了鸭翼还能这么玩。
当然会有不少人有疑问了，既然鸭翼有那么多的好处，为什么美国不喜欢鸭翼？
美国人当然不傻，他们可是一直在投入大量精力去研究鸭翼。
除了上文提到的飞行者1号、XP-55、XB-70，美国还在冷战时期测式过前掠翼布局的X-29，和采用矢量推力的F-15STOL/MTD。
▲同时测试近距耦合与矢量推力的F-15STOL/MTD
至于搞到最后得出“鸭翼最好装在敌人飞机上”这个结论，主要有两方面的原因。
首先，鸭翼的存在，很大程度上是为了弥补发动机推力不足。
比如中国的歼-10、欧洲的台风、阵风都采用鸭翼+三角翼，确实有发动机性能较弱的因素。
所以要在气动上下功夫来提高飞行性能，拉平甚至超越美国同类战机（F-16）的机动性。
▲台风战斗机硕大的鸭翼
当然这么做是有代价的，比如复杂的气动模型与操纵系统、鸭翼和腹鳍的额外重量等，只不过在没有大推力先进航发的情况下，这种代价可以被接受，或者说别无选择。
但美国不一样啊，人家拥有最为发达成熟的航空发动机工业，发动机推力绰绰有余，自然不需要鸭翼和它产生的负面效果。
这就叫“一力降十会”。
▲X-29验证机，前掠翼+鸭翼的布局比俄罗斯Su-47早很多年
另一方面，苏联解体让美国的国防压力骤降，且空军的核心战斗机群已经由F-15和F-16组成并定型。
在本身就占据性能和数量优势（性能优势是相对的，但数量优势是绝对的）的情况下不宜，也不需要增添变数太大的新机种。
▲F-15表演大象漫步，这种阵仗也就美国玩得起
最终，美国对鸭翼的研究止步于90年代，后续研究转入超音速飞行特征等领域，主要目的是获取资料、完善理论，军方已经没什么兴趣了。
而在所有五代机当中，只有歼-20使用鸭翼的主要原因的确如上文所述：
我们的发动机还不够好。
美国有F-119、F-135这样的顶级大推，俄罗斯有AL-41这样次一级但也很厉害的发动机，他们不用担心推重比不够，的确没必要用鸭翼。
▲F-35使用的F-135发动机，其性能要比国产WS-10系列领先30年左右
而歼-20仍需使用技术标准参考AL-31的WS-10。
短时间内无法解决航发问题，是歼-20在研发阶段就已经预见到的，因此气动布局必然要基于现有条件来做指导参考，鸭翼也就成为达成超机动性目标的必要途径。
换句话说就是，“中国鸭王”的技术日趋精熟，是“心脏病”倒逼出来的。
我们甚至可以认为，“鸭翼最好装在敌人飞机上”这句话的潜在含义是：“希望敌人永远造不出先进航发，只能靠鸭翼弥补性能。”
说到这大家可能会泄气，原来歼-20的鸭翼真是无选之选啊？
非也！发动机的确有缺憾，但成飞通过巧妙布置，几乎将鸭翼的性能挖掘到极限，使歼-20的机动性同样出色。
设计团队干了一件特别逆天的事，那就是在歼-20的气动系统中，整体设计了四个涡流发生器，分别是菱形的雷达整流罩、鸭翼、大边条和主翼前缘，大幅提升涡流增升效果的同时，发挥出了鸭翼长力臂的操控性优势。
▲感受一下歼20这大迎角殷麦曼回旋的酸爽
至于鸭翼会破坏隐身这个问题，成飞的解决方案，是让鸭翼和主翼处在同一水平面，但鸭翼上翘、主翼下翻，既不耽误涡流耦合还能降低反射率，对RCS造成的干扰可以忽略不计了。
▲20姬的鸭翼和主翼虽然处在同一平面，但角度不一样
就这样，歼-20成为了该领域独步天下的“鸭王”。
除了成飞，目前世界上还没有第二家设计制造单位，能同时做到既满足隐身需要、又保留提高升力和操控性的优势、还解决了不稳定难控制的特征！
作为第一、也是唯一一种使用鸭式布局的五代机，歼-20的气动模型之复杂稀世罕见，中国为弥补航发短板所下的苦心可见一斑。
▲鸭翼与大边条特写
从歼-9立项到歼-20成军的半个世纪中，中国战机的发展之路走得很苦涩，深挖已极的鸭翼背后始终是发动机这个痛点。
也许有一天我们不再需要鸭翼，但今天为之付出的努力却不能被忘记，鸭式布局的广泛应用不仅解决了当前的实际需要，也充实了理论基础，是中国航空发展史上匠心独运的一笔浓墨。
等到那时，我们也能在谈起鸭翼时云淡风轻地调侃一句：
“玩腻了，不好玩。”