有人说中国飞机的鸭翼很有意思,这样设计的原因是什么?

我们知道,飞机的机翼是提供升力、把飞机托起来的,而且为了让飞机的升力能够稳稳地托起飞机,机翼升力的位置还有飞机的重心要有一定的配平关系。
比如说早期的飞机机翼就靠近飞

本文最后更新时间:  2023-02-24 02:16:51

我们知道,飞机的机翼是提供升力、把飞机托起来的,而且为了让飞机的升力能够稳稳地托起飞机,机翼升力的位置还有飞机的重心要有一定的配平关系。

比如说早期的飞机机翼就靠近飞机的中间,这个地方刚好是飞机的重心位置,所以升力/重力互相抵消,飞机就可以平稳飞行了【如下图所示,中间的CG就是飞机的重心,升力和重力基本上重合】。

当然了,飞机的升力跟重力之间肯定不会完美地平衡,还需要一点儿来自飞机尾部地平衡力【如上图所示,飞机尾巴上还有个箭头】,一般来说,飞机尾部产生的平衡力是向下的——所以升力、重力和尾翼的平衡力就像天平一样平衡了,控制飞机平稳前进。

有人就问了:机翼拼命产生升力,怎么尾翼还要产生一个向下的力呢?这不是帮倒忙吗?

这个问题问的很对,但是因为早期的飞机升力和重力位置基本上平衡,所以这个尾翼产生的向下的力不太大——对飞机的效率影响不大。

但是我们只要看一下现代飞机,就会发现为了提高飞机的高速性能,飞机的机翼一方面本身位置就越来越靠后,另一方面飞机的机翼变得“后掠”、角度越来越大,所以飞机机翼也显得越来越靠后【如下图所示,飞机的机翼越来越“靠后”】,那么自然的,飞机机翼产生的升力也越来越靠后。

但是问题是,飞机的重心基本上还是不变的,所以这个时候,飞机尾翼产生的向下的平衡力也就需要更大来平衡飞机。那么尾翼产生的向下的力会给整个飞机帮倒忙的缺点就越来越明显。不过,如果我们在飞机的机头位置上加一对小翅膀,这个问题就解决了【如下图所示】。飞机的翅膀、鸭翼同时产生升力,再也不需要有尾翼产生向下的力帮倒忙了。

当然了,鸭翼的作用还远远不止如此。

我们知道,飞机机翼的升力来源于上下表面空气流动的差异,所以我们希望气体在机翼上会乖乖地从前往后流动。但是事实上,由于后掠翼形和三角翼的出现,气体很容易就顺着机翼流动了。这样会造成飞机机翼效率的下降,有些时候还会造成危险。

于是有人想出了在飞机上设计出来翼刀【如下图所示】,强迫气流只能从前到后流动——但是这样治标不治本。

所以有人相处了,你与其真的在机翼上加上一个“隔板”,不如让气流自己动起来,形成一个虚拟的“隔板”。而鸭翼就可以做到这一点。比如说下图就是我国的J20飞机,可以看到鸭翼的后面形成了两道白色的线——这就是空气被鸭翼激起来的漩涡,起到的作用跟实体的“翼刀”是类似的。

此外,由于鸭翼现在可以用电脑控制,所以可以大大增加飞机的灵活性。

早期飞机的鸭翼结构都是固定在飞机上的,虽然鸭翼带来了一定的好处,但是也存在操纵性不好的大问题。而随着现代技术的发展,现代控制技术、飞行控制算法逐渐成熟,这种结构开始变得越来越可控,而鸭翼的灵活性也逐渐显现了出来。所以我们可以看到,中国的J10,J20等国产飞机都用上了鸭翼结构。

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