地学前缘论文发表网（地学前缘审稿周期）(2)

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2、为什么未来的战机要向着无垂尾翼方向发展？

特别是波音的F/A-XX系列预研方案，部分甚至激进到将进气道转移到机体上方。

但是像欧洲早期的六代机方案（FCAS），去掉了水平尾翼却保留了垂直尾翼。

与之对应的，它们也有去掉垂尾的方案。

但是无论如何，现在我们对六代机已经有了一个初步的认识：简化控制面以降低雷达反射面积，提高升阻比。通过变循环发动机提高飞机的飞行速度。使用先进的二元矢量喷管，提供机动飞行时需要的控制力矩。

这里我就来着重讲一讲通过推力矢量取代部分气动控制面提高飞机性能的思想。

对于航空用推力矢量技术的应用最早是德国人尝试的。

德国人的V-2火箭的弹道顶点高达100km，这个高度上空气极其稀薄，传统的气动舵面无法控制火箭的飞行。德国人就在V-2火箭的喷管后方加装了可控偏转的金属板，实现推力变向，通过的分力控制火箭飞行。这也就是最早的“推力矢量”。

在飞机上的应用则要等到20世纪70年代，美国人试飞了XFV-12验证机，该机的推力矢量实验表明，任何推重比大于0.6的飞机都可以加装矢量喷管大幅度提高飞行性能。如果要更进一步，对于一些推重比较高的飞机，可以直接用矢量喷管取代气动控制面。

这有很多好处：垂直尾翼不提供升力，还会带来额外的阻力，水平尾翼提供的主要是控制力矩，升力很少，偏转时也会有额外的阻力。

气动控制面的工作效率远不及发动机推力的分量，带来的额外阻力又大于发动机推力偏向带来的损失。如果能够去掉气动控制面，完全通过推力矢量控制飞机的机动，就能大大地提高飞机的飞行性能。

歼-10B TVC的表现不必多说，这还是设计阶段没有考虑推力矢量的飞机。要是设计阶段就有考虑呢？

美国人在X-31验证机就是这样的产物，他们测试过把垂尾拆掉，通过推力矢量以及优秀的基本气动设计，飞机还是可以安全飞行的，可以超音速，甚至也有一定的机动能力。当然了，X-31在去掉垂尾以后确实不能飞很多特技动作了。

同期研发的量产机型也就是YF-22与YF-23，没有那么激进，还是老老实实的装上了面积硕大的垂尾。

而隐身轰炸机B-2，毕竟不是战斗机不需要飞超音速也不需要飞特技动作，为了极致的隐身取消了垂尾。

B-2的偏航控制时通过翼尖的减速板完成的。

这就引申出第二点：取消垂尾可以减小飞机的雷达反射面积。

像F-15，Su-27这种四代机是没有考虑这个问题的。它们的垂尾都是90度垂直于机身。

这是典型的万向反射区，大大提高了雷达反射面积。

波音推出的隐身版F-15，也就是F-15SE，就把垂尾改成了外倾。五代机们的垂尾也都是外倾的。但这种方法治标不治本，只是一定程度地解决了垂尾地雷达反射问题，把射入地雷达波转成另一个角度发射出去，算不上全向隐身。根本的解决办法还是像B-2那样直接取消掉垂尾。

除此之外还有另一个很重要的问题：飞机上表面的脱体涡流流经垂尾时，会产生一个向下的分力。

关于这一点在宋文骢的那篇奠定歼-20技术基础的论文中有所提及。引用原文的说法：涡流通过垂尾时产生的负升力可以造成约最多0.4的升力系数损失，处理得当可以降低到0.1以下。这是什么概念呢？F-15的最大升力系数是1.6，F-22是2.1-2.2。0.4的话，是20%-25%之间，不少了。

所以我们也能看到，相比F-22，Su-57，F-35与歼-20的垂尾面积大大降低了，为了弥补面积减小的损失，用的也都是全动垂尾。当然还有一个比较重要的原因是因为F-22的技术路线和后来的五代机有一定的区别，它靠的不全是脱体涡，还有二元推力矢量的超环量效应。

列举了以上的原因，我们不难发现，通过推力矢量技术替代传统的气动控制面的收益是很大的。

俄罗斯的T-60方案就是直接取消了垂直尾翼和水平尾翼，只保留起降阶段增升的襟翼与滚转机动的副翼。不仅如此，甚至还在借鉴飞翼布局的思想，把飞机变成一整片机翼，获得更大的升力，算是升力体更进一步的发展结果，长得是越来越像以前动画片里的UFO了。

文章来源：《地学前缘》 网址: http://www.dxqyzz.cn/zonghexinwen/2022/1207/597.html