王依兵

上期，國王普雷恩為壯壯和小菲介紹了飛機(jī)設(shè)計(jì)的基本流程，不過在國王講完之后，壯壯提出一個(gè)很好的問題：“設(shè)計(jì)流程相同，但是為什么設(shè)計(jì)出來的飛機(jī)各式各樣呢？”

這是因?yàn)椴煌娘w機(jī)用途不一樣。不同的需求會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)要求的不同，設(shè)計(jì)師自然也就會(huì)選擇不同的總體布局和設(shè)計(jì)參數(shù)了。

那么什么是飛機(jī)的總體布局呢？

飛機(jī)的總體布局是指主要部件的外形和安裝位置，比如機(jī)翼、尾翼、發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架和進(jìn)氣道等部件的選擇和布置方案。

那么這些選擇和布置方案取決于什么呢？

總的來說，飛機(jī)總體布局的選擇要考慮很多因素。每一種選擇都有好處和壞處。首先要根據(jù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)要求選擇可以滿足需求的布局。當(dāng)然相同的設(shè)計(jì)要求，也可以選擇不同的布局，這就要考慮成本、技術(shù)可行性、可靠性、維修性等因素了。有些布局看起來很新穎，但是由于技術(shù)難度太大，也是不能接受的。所以，通常設(shè)計(jì)師會(huì)提出多種方案，最后對(duì)比選擇一個(gè)最合理的。

說了這么多，飛機(jī)的總體布局到底有哪些種類呢？飛機(jī)的總體布局有很多種類，僅機(jī)翼的位置就分上、中、下。

機(jī)翼和動(dòng)畫片一樣啊，還分上、中、下集嗎？

哈哈，當(dāng)然不是。機(jī)翼的上、中、下是指它和機(jī)身的連接位置是位于機(jī)身的上方、中間還是下方。這三種位置分別叫作“上單翼”“中單翼”和“下單翼”。

這三種都長什么樣子呢？

大家看！這幅圖就是上單翼飛機(jī)。它的機(jī)翼位于機(jī)身的上方，就像飛機(jī)肩上挑著扁擔(dān)一樣。這樣的機(jī)翼不用穿過機(jī)身，也就不會(huì)影響裝載貨物，所以很多大型運(yùn)輸機(jī)都采用這種形式的機(jī)翼。而且如果采用機(jī)翼吊裝發(fā)動(dòng)機(jī)的形式，還可以使發(fā)動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)離地面，防止吸入地面的灰塵和異物。

但是這樣機(jī)翼離地面遠(yuǎn)了，起落架就只能放在機(jī)身上了。

說得對(duì)，上單翼飛機(jī)不容易在機(jī)翼上安裝起落架，所以這種類型的飛機(jī)通常把起落架放在機(jī)身下。

大型運(yùn)輸機(jī)的機(jī)身比較寬，安裝起落架還比較方便。如果是比較小的飛機(jī)，機(jī)身下面沒地方放起落架怎么辦？

這樣的話，機(jī)翼在機(jī)身“肚子”底下的“下單翼”就是一個(gè)很好的選擇。下圖里的飛機(jī)使用的就是“下單翼”，這樣的形式比較容易在機(jī)翼下面安裝起落架了。除此之外還有“中單翼”飛機(jī)，它的好處是機(jī)身對(duì)機(jī)翼的氣流干擾比較小，但是與機(jī)身的連接需要格外注意加強(qiáng)。

哦，這個(gè)“上、中、下”我懂了。但是為什么都叫“單翼”呢？

單翼是相對(duì)雙翼來說的。早期的飛機(jī)為了獲得足夠的升力，很多是雙翼甚至三翼的，比如我就是典型的雙翼機(jī)。而隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的飛機(jī)以單翼為主嘍。

神奇的“鴨式布局”

我聽說有一種布局叫作“鴨式布局”，這種布局是把機(jī)翼裝在哪兒呢？

這種布局指的不是機(jī)翼的位置，而是尾翼的位置。說起鴨式布局，不得不提飛機(jī)的氣動(dòng)布局，它是飛機(jī)總體布局中非常重要的一部分。氣動(dòng)布局可以按照水平尾翼的位置劃分成常規(guī)布局和非常規(guī)布局，而鴨式布局就是非常規(guī)布局的一種。

常規(guī)布局長什么樣？

常規(guī)布局就是大家最常見的飛機(jī)的樣子，水平尾翼在機(jī)翼的后面。這樣的布局具有非常好的穩(wěn)定性和操縱性，技術(shù)也比較成熟，一般的民用飛機(jī)除特殊情況外都采用這種氣動(dòng)布局方式。

我還是想知道鴨式布局是什么。

除了常規(guī)布局以外，飛機(jī)的氣動(dòng)布局還有鴨式布局、無尾布局和飛翼布局等非常規(guī)布局。鴨式布局的主要特點(diǎn)是水平尾翼位于機(jī)翼前方，而尾翼在機(jī)翼前方時(shí)就叫鴨翼。常規(guī)布局為了配平，必須讓水平尾翼產(chǎn)生負(fù)升力，而鴨式布局就可以避免產(chǎn)生負(fù)升力帶來的“浪費(fèi)”。在大迎角飛行的時(shí)候，鴨翼會(huì)產(chǎn)生渦流，從而提供附加升力。但是這種布局也容易造成大迎角失速以及與機(jī)翼相互干擾等問題，尤其是破壞了靜穩(wěn)定性，給飛行控制帶來更多挑戰(zhàn)。著名的殲-10戰(zhàn)斗機(jī)采用的就是鴨式布局。

不過我更感興趣的是，它叫鴨式布局是因?yàn)殚L得像鴨子嗎？

確實(shí)如此。

我感覺它更像鵝呀！

哈哈，那你叫它鵝式布局也可以。只不過大家都已經(jīng)習(xí)慣叫鴨式布局了，這樣說不容易造成誤解。

很多名詞都是這個(gè)道理。

具有科幻感的“無尾布局”

除了鴨式布局，還有更具科幻感的無尾布局。這種布局方式既沒有水平尾翼，也沒有鴨翼。減輕了飛機(jī)的重量，降低了阻力，也具有更好的隱身性能。

可是沒有了水平尾翼，怎樣操縱飛機(jī)俯仰呢？

這個(gè)問題問得好。水平尾翼雖然沒有了，但是舵面還是存在的，只不過安裝到了機(jī)翼后面。無尾布局一般會(huì)使用三角翼，在三角翼的后面會(huì)設(shè)置舵面來替代以前安裝在水平尾翼上的升降舵。法國的幻影2000戰(zhàn)斗機(jī)就采用了無尾布局。

這個(gè)飛機(jī)看起來很漂亮??！我還見過一種連垂直尾翼都沒有的飛機(jī)呢。

你說的是“飛翼布局”吧？這種飛機(jī)不但沒有水平尾翼，而且沒有垂直尾翼。這類氣動(dòng)布局的飛機(jī)一般都是機(jī)身和機(jī)翼融為一體的一個(gè)“大薄片”，因此也叫翼身融合體。當(dāng)機(jī)身和機(jī)翼融合以后，機(jī)身也可以產(chǎn)生一定升力，打破了傳統(tǒng)布局只有機(jī)翼產(chǎn)生升力的定式。而且沒有尾翼的構(gòu)型會(huì)大大提高飛機(jī)的隱身性能，比如美國的隱身轟炸機(jī)B-2就采用了這種氣動(dòng)布局。但是這種飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性能就要靠先進(jìn)的主動(dòng)控制技術(shù)來彌補(bǔ)了。

如果未來的大型客機(jī)也能采用這種氣動(dòng)布局，那里面是不是就能乘坐更多乘客了？

你真有想象力！不過確實(shí)有人提出過這種想法，說不定以后真會(huì)出現(xiàn)這樣一種采用飛翼布局的民航客機(jī)呢……