淺話蘇式戰機氣動設計：後掠翼設計帶來的遺憾

蘇聯中央流體力學研究院開發的中央升力體氣動布局無疑是成功。在該氣動布局的基礎上，蘇聯米格設計局和蘇霍伊設計局分別開發一代明機米格-29家族和蘇-27家族，並對我國的航空設計產生了深遠的影響。今天我們就來談談該氣動設計的優缺點。

中央升力體氣動布局除了寬大的機翼面積和可以提供升力的機身之外，最大的特點恐怕就是巨大的後掠角了。這種後掠翼設計在加大機翼後掠角的同時又增加了機翼的展弦比，使得戰機可以獲得很強的亞聲速機動能力較好的高速性能。同時，由於後掠角的存在使得戰機在接近失速迎角之前，整機的氣動焦點位移幅度很小，因此，這種設計的戰機具有很好的大迎角控制穩定性。

這是這些優點的存在，使得蘇27在機體材料、航電設備、發動機推力全面落後的情況下，獲得了不弱於美國F-15的高空高速性能。蘇-27戰機的機翼後掠角為42°，展弦比為3.5，幾乎達到了超音速固定翼戰鬥機所允許的極限。這種極限化的設計賦予了該機非常高的亞聲速巡航效率和更高的飛行航程。

雖然這種設計有諸多優點，但是大家有沒有注意到一個事實，那就是現役的第三代戰鬥機中，採用後掠翼設計的只有蘇27、米格29和中國殲11。更重要的是這三款戰機的氣動設計都是來自於蘇聯中央流體力學研究院開發的中央升力體氣動布局這同一個源頭。

具有這麼多優點的設計方案，世界各國為什麼沒有廣泛採用呢？這主要是因為該設計方案存在兩個無法克服的缺點：大迎角性能差，滾轉效率差。

首先，我們先來分析該方案的大迎角性能。後掠翼設計戰機在接近失速迎角時，氣流分離首先從翼尖開始。氣流的分離導致俯仰力矩出現劇烈的非線性和突發性，而且這種非線性的劇烈程度是隨後掠角、展弦比增大而急劇惡化的。對於戰機而言，這就使得戰機在接近失速迎角時會突然的、難以控制的抬頭，引起迎角發散，直至失速、失控進入尾旋。尤其是蘇27家族在引入邊條翼、鴨翼之後，機翼渦流流場更加混亂，造成戰機俯仰失控更早、更猛烈的發生。

對於該問題，大家可能存在疑問。因為蘇27經典的眼鏡蛇機動直接展示了其優良的大迎角穩定性。其實，這是一種特定情況下帶來的誤解。因為只有在這種瞬態條件下戰機進入超大迎角狀態，並且水平尾翼向上滿偏，俯仰角速度達到70度每秒以上的條件下，戰機才能短暫的保持大迎角狀態並返回。而且在整個過程中，飛行員對戰機是沒有控制能力的。實際情況是，蘇27戰機在超過30度迎角以後，即使是在迎角角速度變化不大的情況下，也很容易失速並進入尾旋狀態。

後掠翼的滾轉能力差則是受到氣動特性和結構特性兩方面的共同影響。由於大迎角情況下，後掠翼的氣流首先從翼梢開始分離，因此，副翼的舵面效率會隨著迎角的增大而降低，甚至喪失控制能力或者反舵效。另外，在滾轉時氣動彈性效應使得副翼發生的氣動扭轉與機動所需要的控制力方向相反。因此，副翼操縱效率會隨著機翼剛度的降低而降低，隨速壓的升高而降低。這種現象足以使的剛度特性差、抗扭轉能力弱的後掠翼在高速滾轉時的控制能力喪失。最終的結果是，蘇-27戰機放棄了滾轉效率最高的外側副翼，這就造成了蘇-27的滾轉性能幾乎是三代機中墊底的存在。

因此，中央升力體氣動布局的後掠角設計雖然存在諸多優點，但是其缺點同樣明顯。這種情況也造就了該設計方案不會被大規模的採納！

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