方方的航空小筑 08月31日
苏-27系列鸭翼的演变与作用
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本文深入探讨了苏-27系列飞机鸭翼的起源、发展及其在不同型号上的应用。最初为解决雷达过重导致的重心前移问题,鸭翼设计在T-10项目时期提出。尽管T-10项目中断,该技术被保留并应用于后来的苏-27M(旧苏-35)和苏-30系列,以提升大迎角控制和解决重心问题。文章还详细分析了苏-33舰载机鸭翼的设计目的,包括调整焦点和配平襟翼产生的力矩,以适应滑跃起飞的特殊需求。最后,文章对比了新旧苏-35取消鸭翼的原因,强调这是为了解决三翼面布局的结构增重和超音速阻力问题,并由TVC(推力矢量控制)技术弥补了大迎角控制能力的损失,并非简单的先进与否的判断。

✈️ 鸭翼的起源与早期应用:苏-27系列飞机最初设想在T-10型号上加装鸭翼,主要目的是为了解决当时雷达设备过重导致的飞机重心前移问题。通过增加鸭翼,可以前移飞机的焦点,使其与重心匹配,从而保证飞机的静稳定度。此外,鸭翼在大迎角时的控制能力优于平尾,可以在更纯净的气流中工作,提供更好的机动性。

🔄 鸭翼在不同苏-27型号上的演变:在T-10项目因未达标而全面重新设计后,鸭翼的研究成果被保留,并成为苏-27系列三翼面布局的开端。在后来的苏-27M(旧苏-35)和苏-30系列改进型中,鸭翼被用于提升大迎角升力和控制能力,以及解决并列双座设计和座舱装甲带来的重心前移问题。而苏-33舰载机则主要利用鸭翼来前移焦点(以补偿机翼后缘面积增加导致的焦点后移)和配平襟翼产生的低头力矩,以优化滑跃起飞时的升力。

🤔 新苏-35取消鸭翼的原因与TVC的补偿:新一代苏-35取消鸭翼并非代表其落后,而是出于解决三翼面布局带来的结构增重和超音速阻力等附加问题的考量。在雷达重量问题得到解决后,恢复正常式布局更为经济。虽然取消鸭翼会损失部分大迎角控制能力,但这一不足通过引入TVC(推力矢量控制)技术得到了有效弥补,同时边条翼的改变也影响了大迎角升力特性。因此,这是设计上的权衡取舍,而非简单的技术优劣判断。

原创 航空小筑 2025-08-31 08:51 广东

        过了几天,由山东舰上那俩疑似无鸭翼模型引发的热潮好像不但没退,反而更热了。

        想了想,还是一次说清楚比较好。下文是关于苏27系列的鸭翼出现的前因后果的,与山东舰的模型无关。

        起因

        给苏27(那时还是T-10——不是后来的T-10S)装鸭翼的设想始于1977年。当时的主要目的是解决雷达太重带来的重心前移问题。当时预计装在T-10上的雷达天线重200多公斤,导致全机重心明显前移,静稳定度过大,以致无法接受。加装鸭翼在当时看来是一种可行的解决方案。鸭翼不但可以前移全机焦点,从而使得焦点与重心匹配,而且在大迎角控制方面相对于平尾更具优势(也就是一直提及的,鸭翼可以工作在无干扰的气流中)。西蒙诺夫获准就加装鸭翼方案的可行性进行深入研究。

        然而如我们所知的,T-10并未满足苏联空军的需求,在西蒙诺夫的强烈坚持下,进行了全面重新设计,也就是后来真正苏27的始祖——T-10S。由于全机重新设计,在T-10上加装鸭翼的研究就此中断,但研究结果保留了下来,并成为苏27系三翼面分支的肇始。

        旧事重提

        进入80年代,西蒙诺夫开始着手进行苏27的现代化改进,也就是苏35的前身苏27M。西蒙诺夫再次面对当初T-10的雷达超重问题,于是当初的加装鸭翼的研究成果被翻出来继续推进——当然,研究目标就不局限于解决雷达超重问题了,而是用于随控布局(CCV)研究。

        之前写过CCV系列,有兴趣可以点击去看:

        《以CCV之名(一)》《以CCV之名(二)》《以CCV之名(三)》《以CCV之名(四)

        这架苏联的CCV研究机,被称为T-10-24,1985年5月首飞。事实上我知道这架飞机已经是1988年的事了(当时该机已坠毁),第一次见到这种三翼面布局飞机,从此记住了这架飞机。

        在T-10-24的技术基础上发展出四个苏27家族的三翼面分支,即:

        苏27M/苏35(旧):解决重心前移问题,并提高大迎角升力,增强大迎角控制能力。

        苏30MKI/MKM/MKA/SM:着重提高大迎角升力,增强大迎角控制能力。

        苏27IB/苏34 :由于改并列双座并加强座舱装甲,着重解决重心前移问题。

        苏27K/苏33:着重解决放襟翼后焦点后移的配平、以及不放襟翼时的纵向配平和大迎角控制。

        简单原理和对比

        关于“取消鸭翼更先进”的说法其实是源自新苏35。由于新苏35确实取消了鸭翼,于是就产生了这么一个推论。下面就针对新旧苏35和苏33的鸭翼作用进行简单介绍和对比,这样就基本清楚是怎么一回事了。

        如上所述,旧苏35雷达超重,因此为了保证静稳定度在设计范围内,而加装了鸭翼 ,使得全机焦点前移,达到设计目标。这一手段并不出奇,早年的E-8验证机、珠展上昙花一现的歼7MF,上面加装的鸭翼都是这个目的。所不同的是,旧苏35的鸭翼配合FBW,具有优越的大迎角控制能力。至于TVC,想必各位都还记得当年曾被称作苏37的711,唯一装备了矢推的旧苏35。但是三翼面布局虽然在大迎角增升和控制方面有优势,但同样带来结构增重、超音速阻力较大的问题。新苏35在雷达重量问题解决后,再次改回原来的正常式布局,不是哪个方案更先进,而是为了解决上面提到的三翼面附带问题。由于取消了鸭翼,新苏35真正损失的是大迎角控制能力,但这个损失由TVC来弥补。大迎角升力系数可能也会下降一点,但这个主要不是由于取消鸭翼造成的,而是由于边条恢复为原来的大后掠窄边条造成的。

        苏33则不同。该机鸭翼的设计目的有两个:1,前移焦点——但不是苏35雷达超重那种问题,而是机翼后缘面积增加,导致焦点后移,因此必须前移调整;2,配平襟翼产生的低头力矩——定型版的苏33采用大面积双缝襟翼,这个低头力矩不小,如果要靠平尾配平,一来低速滑跃状态舵效不高,二来配平产生的负升力又抵消了一部分襟翼增升产生的正升力——我们知道滑跃起飞的飞机对升力非常“吝啬”,因为涉及到重载起飞的问题,能多一点是一点。

        所以,很明显,苏35和苏33的鸭翼设计虽然都是源自T-10-24,但已经走向两个不同的路线,苏35的鸭翼变化没法推到苏33上去。而且苏35的鸭翼取消也谈不上先进与否的问题(当然从雷达上来说是先进了),只不过是折中取舍而已。

        苏33的鸭翼

        苏33的鸭翼其实是个很有意思的话题。从原理上说,取消鸭翼也不是不行。别说兔子的验证机,就连最早期的T-10-3(没有鸭翼)都在尼特卡装置上进行过模拟起飞。

        在T-10-3之后加入舰载机原型测试的是T-10-25(注意不是T-10-24)。特别需要注意的就是,该机同样没有装备鸭翼。

        1984年11月11日,T-10-25坠毁后,T-10-24才加入到舰载机测试中来。

        接下来是真正的第一架原型机T-10K-1,但由于进度拖延,该机的机翼仍然是陆基型的机翼。

        直到T-10K-2,才安装折叠机翼、双缝襟翼、空中加油管、尾钩等专属装备,已经接近生产型了。

        还有一架比较特殊的是T-10-20,该机被专门改装用于舰载兼容性测试,被称为T-10-20KTM,但没有安装鸭翼。有些照片能看到该机折叠状态停放在类似机库的环境里,但其实并未在尼特卡上进行过试飞。

        

        所以,如果只考虑起降的话,上面就有不少不带鸭翼的例子。那么,苏33折腾这个鸭翼,究竟有什么效果?可以对比一下。

        1982年8月28日,T-10-3首次从T-1滑跃甲板起飞。这是不带鸭翼的,最原始的T-10,最大起飞重量为18吨,跑道长142米,起飞速度178km/h。

        而到了T-10K-2,该机的试飞结果是:甲板风7节,远点起飞,重量30000公斤;甲板风15节,远点起飞,重量32800公斤。

        这个在《滑跃起飞不能满载,谁说的?》估算过:

        但实际结果比我估算的还要好。仔细对比了一下,一个很重要的原因就是我用的是陆基型的机翼面积,也没有考虑双缝襟翼放下后面积进一步增大的影响,也就是说,我其实计算的是T-10K-1的性能。

    但无论如何,也远远好于预期,流传了这么多年苏33不能重载起飞的说法也应该终止了吧。

        回到正题。如果苏33要取消鸭翼,那就必须解决襟翼配平问题。TVC倒是可以解决,但同样有升力损失(也就是起飞重量损失)的问题。这个又怎么弥补呢?

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