“蓝天王国”奇遇记（十八）

王依兵

上期，国王普雷恩为壮壮和小菲介绍了飞机设计的基本流程，不過在国王讲完之后，壮壮提出一个很好的问题：“设计流程相同，但是为什么设计出来的飞机各式各样呢？”

这是因为不同的飞机用途不一样。不同的需求会导致设计要求的不同，设计师自然也就会选择不同的总体布局和设计参数了。

那么什么是飞机的总体布局呢？

飞机的总体布局是指主要部件的外形和安装位置，比如机翼、尾翼、发动机、起落架和进气道等部件的选择和布置方案。

那么这些选择和布置方案取决于什么呢？

总的来说，飞机总体布局的选择要考虑很多因素。每一种选择都有好处和坏处。首先要根据飞机的设计要求选择可以满足需求的布局。当然相同的设计要求，也可以选择不同的布局，这就要考虑成本、技术可行性、可靠性、维修性等因素了。有些布局看起来很新颖，但是由于技术难度太大，也是不能接受的。所以，通常设计师会提出多种方案，最后对比选择一个最合理的。

说了这么多，飞机的总体布局到底有哪些种类呢？飞机的总体布局有很多种类，仅机翼的位置就分上、中、下。

机翼和动画片一样啊，还分上、中、下集吗？

哈哈，当然不是。机翼的上、中、下是指它和机身的连接位置是位于机身的上方、中间还是下方。这三种位置分别叫作“上单翼”“中单翼”和“下单翼”。

这三种都长什么样子呢？

大家看！这幅图就是上单翼飞机。它的机翼位于机身的上方，就像飞机肩上挑着扁担一样。这样的机翼不用穿过机身，也就不会影响装载货物，所以很多大型运输机都采用这种形式的机翼。而且如果采用机翼吊装发动机的形式，还可以使发动机远离地面，防止吸入地面的灰尘和异物。

但是这样机翼离地面远了，起落架就只能放在机身上了。

说得对，上单翼飞机不容易在机翼上安装起落架，所以这种类型的飞机通常把起落架放在机身下。

大型运输机的机身比较宽，安装起落架还比较方便。如果是比较小的飞机，机身下面没地方放起落架怎么办？

这样的话，机翼在机身“肚子”底下的“下单翼”就是一个很好的选择。下图里的飞机使用的就是“下单翼”，这样的形式比较容易在机翼下面安装起落架了。除此之外还有“中单翼”飞机，它的好处是机身对机翼的气流干扰比较小，但是与机身的连接需要格外注意加强。

哦，这个“上、中、下”我懂了。但是为什么都叫“单翼”呢？

单翼是相对双翼来说的。早期的飞机为了获得足够的升力，很多是双翼甚至三翼的，比如我就是典型的双翼机。而随着技术的进步，现在的飞机以单翼为主喽。

神奇的“鸭式布局”

我听说有一种布局叫作“鸭式布局”，这种布局是把机翼装在哪儿呢？

这种布局指的不是机翼的位置，而是尾翼的位置。说起鸭式布局，不得不提飞机的气动布局，它是飞机总体布局中非常重要的一部分。气动布局可以按照水平尾翼的位置划分成常规布局和非常规布局，而鸭式布局就是非常规布局的一种。

常规布局长什么样？

常规布局就是大家最常见的飞机的样子，水平尾翼在机翼的后面。这样的布局具有非常好的稳定性和操纵性，技术也比较成熟，一般的民用飞机除特殊情况外都采用这种气动布局方式。

我还是想知道鸭式布局是什么。

除了常规布局以外，飞机的气动布局还有鸭式布局、无尾布局和飞翼布局等非常规布局。鸭式布局的主要特点是水平尾翼位于机翼前方，而尾翼在机翼前方时就叫鸭翼。常规布局为了配平，必须让水平尾翼产生负升力，而鸭式布局就可以避免产生负升力带来的“浪费”。在大迎角飞行的时候，鸭翼会产生涡流，从而提供附加升力。但是这种布局也容易造成大迎角失速以及与机翼相互干扰等问题，尤其是破坏了静稳定性，给飞行控制带来更多挑战。著名的歼-10战斗机采用的就是鸭式布局。

不过我更感兴趣的是，它叫鸭式布局是因为长得像鸭子吗？

确实如此。

我感觉它更像鹅呀！

哈哈，那你叫它鹅式布局也可以。只不过大家都已经习惯叫鸭式布局了，这样说不容易造成误解。

很多名词都是这个道理。

具有科幻感的“无尾布局”

除了鸭式布局，还有更具科幻感的无尾布局。这种布局方式既没有水平尾翼，也没有鸭翼。减轻了飞机的重量，降低了阻力，也具有更好的隐身性能。

可是没有了水平尾翼，怎样操纵飞机俯仰呢？

这个问题问得好。水平尾翼虽然没有了，但是舵面还是存在的，只不过安装到了机翼后面。无尾布局一般会使用三角翼，在三角翼的后面会设置舵面来替代以前安装在水平尾翼上的升降舵。法国的幻影2000战斗机就采用了无尾布局。

这个飞机看起来很漂亮啊！我还见过一种连垂直尾翼都没有的飞机呢。

你说的是“飞翼布局”吧？这种飞机不但没有水平尾翼，而且没有垂直尾翼。这类气动布局的飞机一般都是机身和机翼融为一体的一个“大薄片”，因此也叫翼身融合体。当机身和机翼融合以后，机身也可以产生一定升力，打破了传统布局只有机翼产生升力的定式。而且没有尾翼的构型会大大提高飞机的隐身性能，比如美国的隐身轰炸机B-2就采用了这种气动布局。但是这种飞机的稳定性和操纵性能就要靠先进的主动控制技术来弥补了。

如果未来的大型客机也能采用这种气动布局，那里面是不是就能乘坐更多乘客了？

你真有想象力！不过确实有人提出过这种想法，说不定以后真会出现这样一种采用飞翼布局的民航客机呢……