前掠翼的絕響，三翼面的迷思——蘇47“金雕”

前掠翼的絕響，三翼面的迷思——蘇47“金雕”

原創不易，請認可價值，此文為“今日頭條英雄光“原創，轉載請註明出處 2019-6-1

自從二戰結束後，戰鬥機顯著地平直翼特徵就慢慢的退出了歷史舞臺，期間經歷大約70年的時間，目前的飛機機翼基本進化成為了後掠翼機型，無論是平常我們熟知的常規佈局，三翼面佈局，鴨翼佈局還是無尾佈局都屬於後掠翼的一部分。

就目前的技術水平來說，後掠翼翼型的戰鬥機更為可靠，但是實際上後掠翼機型也有其無法抵消的缺點。

那就是隨著後掠角和展弦比的變化，飛機在超音速和亞音速階段下的阻力大小也在變化。說白了就是，對於後掠翼機型來說，超音速和亞音速效能可以簡單地看作成反比關係，當然一架飛機的效能並不只由氣動佈局決定，在其他方面的彌補的話，也是可以出現超音速亞音速全能的飛機。

於是有無數的人開始思考有沒有這麼一種氣動佈局，可以同時擅長超音速效能和亞音速效能呢？

在這一過程中，可變後掠翼這一天才思路被髮掘了出來，這個思路最早由德國人在二戰時期發掘出來，並由美國人制造出第一架可變後掠翼驗證機X-5。

然後在上世紀60年代左右，世界上出現了可變後掠翼戰機的黃金時代。無數可變後掠翼機型例如：F-111，F-14，蘇22等等相繼問世。

可變後掠翼的巔峰之作——F-14

但是好景不長，可變後掠翼由於結構的增重，很高的維護費用等原因而被放棄。

所以人們將視線重新回到了另一個思路上，那就是直接捨棄後掠翼，製造前掠翼機型。

本文今天的主角，蘇47正是目前為止前掠翼機型的巔峰。

蘇47金雕

蘇47金雕是蘇聯解體前夕，蘇霍伊局開始研製的一款飛機，在蘇聯解體後，俄羅斯挑起大梁繼續研製。蘇47金雕原編號為s-37（這也是被稱為蘇37金雕的原因）於1997年9月25日首飛，2002年編號改為蘇47。

前掠翼的飛機此前也有過，早在二戰末期，德國人就研製了JU-287前掠翼轟炸機。美國格魯曼也製造X-29驗證前掠翼+鴨翼的驗證機。

蘇47是世界上第一架採用前掠翼三翼面氣動佈局戰鬥機的技術驗證機，觀察上圖可以看出來，除了鴨翼+主翼，蘇47還有尾翼。

蘇47從一開始就是為了驗證五代機而存在的，最後蘇47由於無法滿足俄羅斯軍方的空戰需求，最終停止研發，並未被俄羅斯軍方採用，然後銷聲匿跡。

但是蘇47身上依然有很多閃光點，值得我們去發掘。

蘇47的第一個優勢就是：失速從翼根開始。

前掠翼的氣流是從翼根開始分離的，這點與後掠翼完全不同，後掠翼氣流的分離是從翼尖開始的。由於氣流分離是從根部開始的，這樣可以使副翼的效率保持更高的攻角，不像後掠翼機型普遍存在較高攻角時副翼效率不足和上仰問題。

第二個優勢就是：高亞音速升阻比。

前掠翼亞音速表現很好，機翼的阻力分為最小阻力和升致阻力組成，而升致阻力又由型阻和誘導阻力組成。

而升致型阻隨前緣斜掠角減小而降低，而在相同幾何引數和設計狀態下，前掠翼機型的前緣斜掠角更小。

誘導阻力同樣如此，相同狀況下前掠翼的前緣斜掠角更小，展弦比比後掠機型更大，誘導阻力也會更小。

用圖表表現出來的話就是，前掠翼機型的升阻極曲線的彎度係數更小，也就是斜率更高，那麼這點帶來的直接的好處就是：同樣的升力係數下，前掠翼的阻力系數比後掠機型的阻力系數更小，前掠翼的升阻比比傳統機型更好。

也就是說，由於更高的亞音速升阻比，蘇47的確很擅長亞音速機動能力，能量機動性也會更好（當然還要看發動機的推力大小，整機空重等）。

第三個優勢就是：前掠翼佈局搭配近距鴨翼的效果會更好。

我們觀察上面的X-29和蘇47可以發現，前掠翼戰鬥機的主翼根部非常靠近機身後部。這就使得平尾很難有足夠的空間去佈置。所以設定鴨翼就是非常合理的佈局。

對於前掠機翼，鴨翼還有減弱主翼根部的激波強度的用處。

第四個優勢：理論上三翼面佈局更擅長俯仰配平能力。

由於鴨翼相比較於平尾，更加靠近重心，所以俯仰配平力矩較短，俯仰配平效率就較低。現實生活中也正是這樣的，沒有一架無TVC的無平尾鴨翼機展示過較高的攻角以及過失速機動能力。

所以蘇47加上平尾，理論上可以帶來更好的俯仰操控能力。

第五個優勢：蘇47透過採用複合材料解決了氣動彈性發散的問題。

在前掠翼設計的初期，人們就發現，金屬材質機翼不是絕對剛性的 ， 在氣動力 、 慣性力 、 振動力等力的作用下往往發生彈性變形 。相對於後掠翼，前掠翼在這方面的問題更加嚴重。

前掠翼時是向上彎曲疊加向前抬頭的彎扭變形 ， 這使機翼迎角加大 ， 升力更大 ， 進 一步導致彈性機翼彎扭變形引起迎角反覆增大 ， 如此產生惡性迴圈 。當飛行速度高到一 定值時 ， 超過機翼彈變極限 ， 迎角的任何擾動 ， 機翼的顫振抖振都會引起變形突然擴大 ， 造成機翼折斷或破壞。

透過增加材料剛度來解決問題的話，往往結構要增重到無法容忍的地步，所以前掠翼在早期被放棄了。

但是複合材料解決了這一難點，複合材料結構的面板鋪層厚度和纖維方向可以發生任意的變化，因此能夠控制複合材料機翼的剛度來扭轉變形，而代價則是微不足道的重量。

當然理論上是這樣的，在有關蘇47的相關介紹也是這樣的，但是實際蘇47在現實生活中並沒有表演過高速飛行，具體情況還是未知的。

接下來，我們就說一下，蘇47的缺點。

第一，鴨翼和前掠翼對正向隱身能力的影響

為了儘可能減少RCS，五代戰機一般嚴格遵循平行原則，也就是全機稜邊儘量做到與主翼平行。

因為對於RCS來說，幾何角度最好是不要改變的，一旦改變就會在不同法線方向產生鏡面回波。而且要求儘量將產生的法線集中到幾個方位內，只要一偏離這幾個方位，雷達就無法接收到回波。

上述圖片我們就可以明顯看見，F-22的主翼與平尾前後緣都是平的，進氣口附面層隔道也是嚴格遵循平行原則的。

而在這一點上，蘇47做的並不好。

第二，較差的超音速效能

相同狀況下前掠翼的前緣斜掠角更小，前掠翼的展弦比比後掠機型更大，展弦比更大跨，超音速就會偏大，這就會影響到超音速效能。

第三，俯仰配平能力

筆者在網路上查找了一些關於蘇47金雕航展表演的影片。這些影片很多都是重複的，真正的內容很少。在這些影片中我發現了一個問題。

前面已經介紹過，前掠翼機型由於機翼位置的問題，很難去放置尾翼。蘇47卻採用了三翼面佈局，蘇47機翼翼根有向前延伸的邊條並裝有前平尾。

按理說三翼面能夠增加飛機的俯仰配平能力，但是我個人認為平尾在蘇47上可能並沒有實際的作用。

在影片中，蘇47展現出的平尾配平能力很一般，平尾也在偏轉，但是偏轉的幅度很小，就這個幅度來說，平尾提供的俯仰力矩可能較小，至少在影片中是這樣體現的。

蘇47不是無敵的，它有優點，也有缺點，不過這架前掠翼戰機的確帶給我們許多驚豔的感覺。