王依兵

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

這是因為不同的飛機用途不一樣。不同的需求會導致設(shè)計要求的不同，設(shè)計師自然也就會選擇不同的總體布局和設(shè)計參數(shù)了。

那么什么是飛機的總體布局呢？

飛機的總體布局是指主要部件的外形和安裝位置，比如機翼、尾翼、發(fā)動機、起落架和進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)飛機的設(shè)計要求選擇可以滿足需求的布局。當然相同的設(shè)計要求，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)計師會提出多種方案，最后對比選擇一個最合理的。

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

機翼和動畫片一樣啊，還分上、中、下集嗎？

哈哈，當然不是。機翼的上、中、下是指它和機身的連接位置是位于機身的上方、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。它的機翼位于機身的上方，就像飛機肩上挑著扁擔一樣。這樣的機翼不用穿過機身，也就不會影響裝載貨物，所以很多大型運輸機都采用這種形式的機翼。而且如果采用機翼吊裝發(fā)動機的形式，還可以使發(fā)動機遠離地面，防止吸入地面的灰塵和異物。

但是這樣機翼離地面遠了，起落架就只能放在機身上了。

說得對，上單翼飛機不容易在機翼上安裝起落架，所以這種類型的飛機通常把起落架放在機身下。

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

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

哦，這個“上、中、下”我懂了。但是為什么都叫“單翼”呢？

單翼是相對雙翼來說的。早期的飛機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。而隨著技術(shù)的進步，現(xiàn)在的飛機以單翼為主嘍。

神奇的“鴨式布局”

我聽說有一種布局叫作“鴨式布局”，這種布局是把機翼裝在哪兒呢？

這種布局指的不是機翼的位置，而是尾翼的位置。說起鴨式布局，不得不提飛機的氣動布局，它是飛機總體布局中非常重要的一部分。氣動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的樣子，水平尾翼在機翼的后面。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，一般的民用飛機除特殊情況外都采用這種氣動布局方式。

我還是想知道鴨式布局是什么。

除了常規(guī)布局以外，飛機的氣動布局還有鴨式布局、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是水平尾翼位于機翼前方，而尾翼在機翼前方時就叫鴨翼。常規(guī)布局為了配平，必須讓水平尾翼產(chǎn)生負升力，而鴨式布局就可以避免產(chǎn)生負升力帶來的“浪費”。在大迎角飛行的時候，鴨翼會產(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，它叫鴨式布局是因為長得像鴨子嗎？

確實如此。

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，怎樣操縱飛機俯仰呢？

這個問題問得好。水平尾翼雖然沒有了，但是舵面還是存在的，只不過安裝到了機翼后面。無尾布局一般會使用三角翼，在三角翼的后面會設(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)斗機就采用了無尾布局。

這個飛機看起來很漂亮??！我還見過一種連垂直尾翼都沒有的飛機呢。

你說的是“飛翼布局”吧？這種飛機不但沒有水平尾翼，而且沒有垂直尾翼。這類氣動布局的飛機一般都是機身和機翼融為一體的一個“大薄片”，因此也叫翼身融合體。當機身和機翼融合以后，機身也可以產(chǎn)生一定升力，打破了傳統(tǒng)布局只有機翼產(chǎn)生升力的定式。而且沒有尾翼的構(gòu)型會大大提高飛機的隱身性能，比如美國的隱身轟炸機B-2就采用了這種氣動布局。但是這種飛機的穩(wěn)定性和操縱性能就要靠先進的主動控制技術(shù)來彌補了。

如果未來的大型客機也能采用這種氣動布局，那里面是不是就能乘坐更多乘客了？

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