对于垂直起降飞机和短距起降飞机(当时称为短跑道飞机或短场起降飞机)是十分顺理成章的需求,本身中蒙边界到北京距离仅六七百公里,而且在远东苏联部署有大量的超音速快速轰炸机。一旦大规模战争爆发,中国所有的前线机场第一时间就会遭到毁灭性打击,而一旦失去制空权,后果难以想象。因此,不需要或不完全依赖跑道的垂直/短距起降飞机就成了不二选择。

  然而新中国的航空工业是建立在苏联援助的基础上,工业基础薄弱,人员经验不足。垂直起降飞机是怎么回事、短距起降飞机怎样实现等等,很多问题摆在眼前。在这种情况下,中国航空工业必须放眼世界。

  在这个时期,很多欧洲国家所面临的情况和中国类似,拥有战斗机设计制造能力的瑞典,其解决方案别具一格。

  虽然瑞典国小人少,但冷战期间特殊的地理位置迫使其不得不全力投身于这场战斗机革命,随着一些具有前瞻性的飞机不断被设计生产出来。而对于机场受到同样威胁的瑞典空军,对于战斗机的一贯性能要求主要是:起降滑跑距离不超过 500 米,能够在隐蔽在丛林中的高速公路中起降和完成维护。1967 年 2 月 8 日,航空史上的一朵奇葩——萨伯-37“雷”战斗机首飞成功。

满载起飞的 AJ 37,挂了四枚“雷神之锤”子母弹箱和两枚“室女座”减速炸弹(网络图片)

  萨伯-37“雷”在普通公路上仅滑行400米即可起飞;使用逆推则在公路上着陆的滑跑距离可限制在 450 米以内,完全满足了瑞典皇家空军的短距起降要求。

  为了满足短距起降的要求,萨伯公司在“雷”战斗机的设计中加入了鸭式气动布局,萨伯-37“雷”也是萨伯公司设计的第一款鸭式布局战机。鉴于萨伯 35“龙”战斗机的成功研制,无尾三角翼对于萨伯公司来说已不再陌生,而且由于对无尾三角翼技术的熟练掌握,开始在三角翼布局的基础上向设计鸭式布局的战机挺进。由于在保证短距起降性能的前提下还要兼顾“雷”的高速性能,选择了带有副翼的近距耦合固定式鸭翼和小展弦比三角主翼的气动布局。对于“雷”来说,鸭翼翼面上产生的脱体涡在主翼上不仅可以产生附加升力,还可以抑制大迎角机动时的气流分离,大大提高“雷”的格斗机动性能。鸭翼的后缘襟翼则可以提高飞机的低速性能——特别是短距起降性能。 萨伯-37 虽然在鸭翼上安装了后缘襟翼,但它的主翼却没有安装任何襟翼,主翼后安装的只是两段式升降副翼。飞机主翼前缘有三种后掠角,前翼为简单三角翼。主翼下反。前翼原有上反角,后因带导弹时稳定性不好,生产时改为无上反角。主翼前缘有锯齿,后缘有两段式液压作动升降副翼,可差动偏转或同向偏转。前翼有后缘襟翼。

  瑞典的萨伯-37 战斗机以其鸭式布局很快就吸引了中国的目光。很明显,鸭式布局可以不但令中国的飞机迅速摆脱“米格式”的外形,更重要的是能够赋予战斗机短距起降能力。

  其实当时而言,鸭式布局并不是什么新生事物,可以说比较公认的人类第一架完全概念的飞机——莱特兄弟的“飞行者”一号就是鸭式布局。然而后来飞机设计的主流仍旧是后尾式的正常布局。对于鸭式布局,F-16的总设计师——通用动力的哈瑞•希尔莱克曾说过说“鸭翼最好的位置是在别人的飞机上。”而早在 1939 年英国的气动学家就在他的《鸭式飞机札记》中写道:“认为鸭式飞机特别适于高升力设计的出路,都会在配平问题面前破产。”

  鸭式飞机在当时存在一个缺陷。当时的受到飞控系统水平等一系列原因的限制,飞机是静安定的,飞机整体设计在飞行中趋于更加稳定,因此飞机重心设计在全机气动焦点前面。而鸭式飞机等于将尾翼布置在了重心的前面,在保证飞机是静安定飞机的同时、尾容量相同的情况下,鸭式布局的配平力臂比正常式布局短了两倍的静安定度的长度。除此之外,鸭翼对机翼的下洗作用使气动焦点前移,配平力臂将更加缩短。虽然鸭式飞机的性能看起来更加优异,但是配平紧张会带来阻力增加。为了加剧鸭翼的配平能力,往往加剧了对机翼的气动干扰,使俯仰力矩曲线出现严重的非线性。要保持足够的静安定度,就要以气动焦点前限为准设置重心,结果鸭翼力臂进一步缩短。

  近距耦合鸭式布局飞机,因为前翼和主翼之间的有利干扰,增加了涡升力。但配平的困难依然存在。对于结构简单的飞机来说,鸭式布局可以由鸭翼提供正升力,有利于改善低速特性;但是对于装有完善增升装置的飞机来说,鸭式的配平能力是无法与正常式布局相比的。

  对于鸭式布局,可以看作是重心前后的前翼和主翼两个气动面力量“抬”着重心——飞机进行飞行;而正常式布局则是主翼在中间“挑”着前面的重心后后面的尾翼配平力量。两者相较肯定鸭式布局应该更有利。但是鸭式布局的配平是费力杠杆,再加上鸭式布局的鸭翼对机翼和垂尾的干扰非常复杂。与之相对应的正常式布局,气流流经水平尾翼作出贡献后就到了机身后,一般就视作不对机身产生任何影响。所以大多数设计人员宁愿回避鸭式布局的麻烦,选择采用俯仰控制面后置的正常式布局。

  然而,鸭式布局可以消除正常式布局的局限性,而且还能适应主动控制和直接力控制的需要,在结构上也能带来收益。再加上瑞典的萨伯-37“雷”式战斗机的成功,促使中国的航空工程人员迎难而上。

  既然鸭式布局的前翼配平能力不足,就引来发动机的能量增强它。在 1963 年,瑞典曾公布的一项专利就是在鸭翼上装吹气襟翼来提高配平能力。不过萨伯-37 并没有采纳这一方案,因为鸭翼上的吹气装置限制了机翼后缘襟翼的下偏。因为鸭翼增升的同时,强烈的下洗作用使机翼焦点前移,为了保持安定度不变,重心也要相应地前移,这也就要求鸭翼的配平负荷也加重,最终的增升效果也不明显。