关于“海台风”舰载机的情况和鸭式布局飞机上舰

军迷们对中国四代机舰载机选择是歼-20基础上改还是鹘鹰基础上改有很多争论，其中有个说法是：鸭式布局短距起降性能好，天生适合上舰，而且往往是拿阵风作为例子来讲。这个说法的错误点我以前说过多次，每次说的时候都会举台风战斗机上舰的例子。不过，举例时对台风上舰的具体做法探讨并不深入，算是没有说透。最近花了时间找了台风改舰载机的相关信息，算是梳理清楚这个事情。

2000年左右，英国开始计划研制伊丽莎白女王级航母，在配图舰载机时，英国BAE公司提出台风舰载机版本，也被称为“海台风”。不过，英国没有选择海台风，而是选择了F-35B。当时台风上舰难点在于着舰，一个国外据称是飞行员论坛在2005年讨论过海台风的难点，链接是：https://www.pprune.org/military-aviation/181237-navalised-typhoon.html。在该论坛，有人说，海台风为了着舰增加了着舰迎角，这使得无法满足下视线的要求，需要考虑增加潜望镜（见下图，据说是台风上舰时为了解决下视线问题在座舱盖上增加潜望镜），另外还有迎角增加后轴向操纵响应等问题，总之是不太看好海台风上舰，认为改动量相当大，而且未必能解决问题。

后来在F-35B遇到问题时候，BAE公司还提出过解决海台风方案，但是英国并没有接受，而是考虑选择F-35C或者F-18EF等。再到后来就是2011年，印度在选择中型战斗机时，BAE拿出矢量推力海台风方案，见下图：

目前还能找到海台风的pdf文件，截图如下：

2011年提出的海台风方案和以前的方案不同，主要变化是装了矢量推力，BAE宣称可以不用增加着舰迎角来满足降落要求，这样也不用像以前那样安装潜望镜之类的东西。对于这个方案，也有一些人怀疑其可行性，我记得以前曾经有个英文论坛上，一个曾经试飞过鹰式教练机改舰载教练机的人否认这个方案。这里有个有趣的问题，就是台风如何利用矢量推力上舰。一些人看法是矢量推力提供了向上的力，从而增加了升力，这样就不必增加台风的着舰迎角。我认为这个说法是有问题的，原因很简单，矢量推力在飞机尾部，矢量喷管向下偏转，提供升力的同时也产生低头力矩，那这个力矩靠什么来平衡？如果是靠鸭翼，那么何不偏转襟副翼来增升并用鸭翼平衡呢，要知道襟副翼的力臂比矢量推力要小，这样意味着可以在同样力矩下提供更大的升力，所以这个说法是有问题的。

经过一段时间的思考，我认为台风上舰时矢量推力是起到控制飞行姿态的作用，原因是：飞机在降落过程中一直要保证合适的迎角，此时控制飞机姿态的翼面要时刻根据姿态来保持迎角，大家可以看F-18和F-35C和J-15的着舰视频，能够看到明显的尾翼在扇动偏转，那就是在控制合适的迎角；鸭式布局战斗机的俯仰控制是靠襟副翼和鸭翼一同作用，而在着舰是更多靠襟副翼来控制，因为鸭翼偏转会带来鸭翼涡的变化，从而在飞机前部产生横向气动力，对维持航向不利，所以这个时候更多是动襟副翼，由于阵风襟副翼被机翼遮挡，襟副翼面积也大，所以阵风M着舰降落时，看不清襟副翼来回偏转情况，我个人认为襟副翼应该是根据飞机姿态情况在偏转，因为看到鸭翼几乎不偏转，阵风M的鸭翼更多是被当做一个涡流发生器在起到增升作用。如果鸭式布局的襟副翼要去控制飞机姿态，那么必然要留一定的气动力余量来进行控制，这样就难以专门用来做增升，增升就要打折扣，而如果有矢量推力来做姿态控制，那么就可以把襟副翼解放出来在增升方面投入更多，这样来提供更大升力，从而降低着舰速度而不用增加着舰迎角。如果真的是上面设想的话，那么台风是有可能利用矢量推力而不增加着舰迎角满足降落要求，不过这个做法也有不小的问题，因为矢量喷管毕竟有可靠性问题，单发失效时如何确保安全降落是个问题，美国当年在F-18EF上没有使用矢量推力，一些说法是矢量喷管增加重量，F-18EF也不需要矢量推力来满足着舰要求，所以不如把重量留个有效载荷。当然，台风的利用矢量推力着舰算是一个解决思路。

那么鸭式布局到底是不是一些人说的那样很容易上舰呢？现在是2019年末，大家都知道海台风实际上就停留在纸面上了，但台风前后的方案变化，表面并不是说鸭式布局就容易上舰，如果是那么容易的话，就不应该出现到目前为止鸭式布局的舰载机也就阵风一个独苗。

如果鸭式布局并不是那么容易上舰，那就有另外一个问题：鸭式布局短距起降能力好难道是假的？针对这个个问题，我们需要去探讨一下鸭式布局短距起降能力好是什么时候产生的，这样能搞清楚这句话到底是怎么回事。

 鸭式布局在喷气式战斗机上的应用的典型例子是瑞典的萨博37，因为瑞典为了能够在公路上起降战斗机，需要短距起降能力。萨博37研制过程中利用鸭翼的涡增升作用实现了短距起降，这引起了很多国家的注意，其中就包括中国。我们现在站在历史角度去看鸭式布局的短距起降优势，会发现那是二代机时候鸭式布局相对二代机的常规布局来说的，因为同属于二代机的米格-21属于典型的起降速度偏高类型，而起降速度低的F-4则是依靠复杂的发动机引气实现。实际上当到三代机时候，常规布局战斗机开始利用边条涡增升，其短距起降能力和鸭式布局三代机并没有什么差距，无论是F-16还是F-18，都没有说短距起降能力不如鸭式布局。三代机时候的鸭式布局更多强调的是瞬时机动性。

关于鸭式布局还有一个说法是鸭式布局飞机起降时鸭翼产生正升力，常规布局起降时尾翼产生负升力，而且一些人常拿下面图来作为证据，譬如F-35C弹射时尾翼向下偏转，提供负升力。

其实，一些人并没有搞清楚为何弹射时常规布局舰载机的尾翼向下偏转，这样偏转实际上不是提供负升力，是因为舰载机弹射后要让飞机尽快爬升，尾翼预先偏转可以在舰载机离开甲板时马上抬头爬升。阵风战斗机实际上也有类似做法，只不过阵风战斗机偏转的是襟副翼，也是让飞机离开甲板后抬头爬升。

实际上，常规布局战斗机在放宽静稳定性后尾翼也可以提供正升力，在舰载机着舰时，由于襟翼偏转让尾翼不见得提供比较大的正升力，但显然也不会提供很大的负升力，看下图，F-35C的尾翼状态：

所以，所谓鸭式布局短距起降能力强天然适合上舰的说法实际上并不正确，在三代机时期发展起来的边条翼技术也让常规布局一样能够实现短距起降，鸭式布局和常规布局都可以上舰，而能否上舰，就要看具体设计。

这里提一下四代机时期诺斯罗普和麦道提出的NATF-23舰载机方案，见下图：

下面两张图是波音公司把NATF-23的风洞模型拿出来，鸭翼被拆掉。

    上面图中可以看出，NATF-23的方案的比YF-23的机翼翼展要大不少，机身大幅度缩短，机翼后掠角也要小于YF-23，这和YF-23是完全不同的机型。NATF-23虽然也是鸭式布局，但是和歼-20的气动布局相差甚远，鸭式布局上舰，的确需要专门设计。

    对于鸭式布局上舰，到底采用什么样手段来满足着舰要求？目前来看，主要有两个手段：一个是增加着舰迎角，一个是放大机翼。增加着舰迎角的原因是：鸭式布局的鸭翼涡和主翼涡相互加强需要一定迎角，国内论文上，一般是达到15度迎角后会产生涡的融合，这样来增加升力。典型的例子是阵风，其着舰迎角达到16°。这样做有利有弊，好处是可以兼顾高速和低速，因为机翼后掠角可以比较大，超音速性能会好，缺点是为了满足下视线要求，机头设计需要考虑如何实现，阵风战斗机选择了圆形机构，让雷达直径偏小，如果气动上允许的话，可以选择宽扁机头，譬如NATF-23就是宽扁机头，满足下视线的同时还能保证机头雷达的天线面积。加大机翼的办法是常见的做法，基本上会损失高速性能，也是有利有弊。有时候是多种方法都采用来满足要求。