为什么未来的战机要向着无垂尾翼方向发展？

未来的战斗机，也就是下一代的第六代战斗机，很有可能是无垂尾、无尾翼的布局设计，到时候飞机将会被制造的和飞镖一般，有一种滑翔式导弹的感觉。

图为未来无尾翼、无垂尾战斗机的设想图。

为什么战斗机要逐步的取消尾翼和垂尾？这主要还是为了隐身和高速飞行所需。飞机上主要有主翼、尾翼、垂尾三个翼面，这是最正常的普通布局，其中主翼用以产生升力，尾翼用来对飞机进行俯仰和纵向的控制，垂尾则主要是对飞机的水平方向进行控制。这样的布局非常合理，从飞机诞生一直到现在都是最常用、最常见的，比如美国的F-22A、F-35战斗机就都是常规布局战斗机。

图为印度的LCA战斗机，其气动外形是由法国达索公司设计，就是无尾翼布局，他只有主翼和垂尾。

但是随着军事科技的发展，战机对隐身的需求越来越高，而战机上雷达反射面积最大的地方就是飞机的几个翼。雷达对物体的探测，从来都是物体表面的突出物越多、雷达反射的方向越多，雷达的反射面积就越大，在屏幕上的信号就越明显，如果我们把飞机看做是一个物体，那么每一个翼面都可以看做是伸出物体之外的突出物，他们伸出的距离很长，形状也不规则，是飞机雷达反射面积的主要来源。

图为法国五代机概念图，也是无尾翼的设计。

图为英国的五代机概念设想图，同样使用无尾翼布局。

当年美国为了研发隐身轰炸机，专门取消了B-2轰炸机的垂直尾翼和尾翼，使得B-2轰炸机的翼面大大减少，雷达反射面积有效降低。但是取消了飞机的翼面，对飞机的操控性影响很大，飞机因此出现操控笨拙，不够机动灵活的情况，不过对于轰炸机而言，机动性不足并不是什么不可接受的缺点，反正有足够的隐身性能，能够帮助他有效的突破敌人防空系统的拦截才是重点，所以B-2轰炸机成为世界上目前为止翼面最少的飞机，只保留了飞机的主翼。

图为尾翼和垂尾融合设计的下一代战斗机设想图。

然而对于战斗机而言，机动性却是不可忽视的重要领域，因此到现在还没有出现完全取消掉尾翼和垂尾的战斗机，目前翼面最少的五代机是法国和德国合作设计的新型战机，以及英国在研中的五代机，他们都取消了尾翼，只保留了主翼，因此肯定会在隐身性上有较大的突破。可以说，战斗机虽然重视机动性，但是取消大多数的翼面也是大势所趋，这主要也是科技发展带来的好处。

图为美国B-2轰炸机气动外形和鹰的飞行姿态对比，B-2就是典型的只保留主翼的设计，这种设计有助于飞机长时间、大航速、远距离飞行，但是对于机动性不利，正如鹰在滑翔中不够灵活，但是非常省力是一样的。

随着技术的进步，战斗机的翼面效率越来越高，可以通过主翼和尾翼的控制，来取代垂尾的作用，也可以通过垂尾和主翼的控制来取代尾翼的作用，比如法国的幻影战斗机、印度的LCA战斗机等，就只有主翼和垂尾，没有尾翼，这并不是什么高深的技术，因为随着电传飞控技术的提高，数字化水平的提升，飞机对自身姿态的感应和控制能力越来越强，飞机可以通过自动化的操作，综合各个翼面的效果来进行一次姿态调整的控制。对于隐身战斗机而言，可以进行垂尾、尾翼的融合设计，用外倾幅度较大的两个垂尾，来取代过去垂尾和尾翼的作用。

图为只有主翼的下一代战机设想图。

而在美国新公布的几个六代机的设计方案中，则干脆取消了垂尾和尾翼，只是保留了主翼，这样，飞机的纵向、水平机动和升力的产生都要依靠主翼来实现，这就不仅仅是电传飞控技术的提升结果了，更是飞机矢量发动机技术出现的结果。矢量发动机可以轻易改变飞机推力的方向，把飞机的发动机尾喷管朝着不同的方向喷出气流，而随着FADEC技术（全权限数字化操作技术）的出现，飞机的矢量发动机动作也和飞机翼面统一在一起，飞行员只需要进行一次操作，飞机的翼面和矢量发动机就会经过自动计算，配合飞机的姿态改变。

图为只有主翼的下一代战机设想图，下一代战机的翼面必然是减少的，很可能未来某天，最终连主翼都会被取消。

图为矢量发动机和装备矢量发动机的战斗机，矢量发动机的出现为取消更多翼面扫清了障碍。

所以，未来的战斗机翼面必将会越来越少，甚至主翼都有可能在未来某一天取消，飞机向着“会飞的机械”方向不断发展，发动机自身推力够大之后，升力也可以由矢量发动机产生，飞机的姿态挑战和升力都依靠发动机之时，说不定奇形怪状、各种各样的飞行战斗机器就出现了，到那个时候，航空器的发展，还必将迎来一个新的纪元。

为什么未来的战机要向着无垂尾翼方向发展？

从目前各主要军事强国公布的下一代战斗机初步方案（存在的变数也很大）来看，无垂尾设计确实是主流。相对于目前三、四代战斗机的单垂尾/双垂尾，无垂尾设计对提升战斗机隐身能力、降低飞行阻力等作用明显，但是也对战斗机的飞控系统、制造材料等提出了更高的要求！个人认为下一代战斗机采用无垂尾设计的原因包括：电影《绝密飞行》中的未来高度智能化的无人战斗机EDI，采用无垂尾+柔性机体材料设计！法国达索公司公布下一代战斗机方案

1）降低雷达反射信号、提升隐身能力：隐身能力是未来战斗机必备条件之一！对于现代战斗机而言，其主要的雷达反射信号来自于机头及机身侧面，而垂尾是影响侧面雷达反射信号的关键因素之一，因此，目前的四代战斗机中，包括歼-20、F-22、Su-57、F-35等全部采用大倾角的垂危，目的就是要尽可能的降低侧面雷达反射信号。对于下一代战斗机，其隐身性能必定更高，而且不仅要对短波雷达具有隐身能力，对于目前反隐身雷达普遍采用的长波也要具有隐身能力，因此，采用无垂尾设计也是大势所趋！现役四代战斗机雷达反射信号对比，均采用大倾角垂尾设计！

2）降低飞行阻力、提升飞行速度：下一代战斗机的动力将会更强劲、飞行速度更高（预计最大飞行速度应该在3-5马赫），高速飞行时任何降低阻力的措施都将会是设计考虑的重点，垂尾虽然迎风截面已经很小，但是，要是在3-5马赫等速度下，其产生的阻力也是十分可观的。下一代战斗机采用无垂尾设计也是必要的措施之一。三、四代战斗机的垂尾等常规翼面，阻力贡献也很可观美国下一代战斗机方案

无垂尾设计能够提升隐身和飞行性能，但带来的问题是如何保持战斗机的机动性能，这方面个人认为未来主要通过2种方式来实现：一是采用矢量发动机，二是机体采用柔性材料！矢量发动机的技术目前已经比较成熟，通过调整发动机喷管方向也可以使战斗机产生机动力拒，未来矢量控制技术肯定也会更加高效、方便；机身采用柔型材料，在不同的飞行状态下可以适当调整机体结构，同时也可以使整个战斗机机体成为一个可变的调节面，同样也能保证战斗机的机动性。下一代战斗机采用的矢量喷管将更加灵活、方便！

虽然目前全球范围内也仅有为数不多的几个国家研发、装备了四代战斗机，但是，各航空强国在下一代战斗机的研发上早已开始了竞争。未来的军事对抗，掌握制空权仍是第一要务，谁掌握了天空谁就掌握了主动权！虽然我们的歼-20才刚刚形成初步战斗力，但相信我们的军工科技人员早就做好了应对未来空中挑战的准备！美国下一代战斗机的变循环发动机已经取得技术突破下一代战斗机的竞争已经悄然开始！

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为什么未来的战机要向着无垂尾翼方向发展？

为什么未来战机要往无垂尾、尾翼方向发展？这是一个非常有讨论性的问题。往这方面发展的原因是考虑在超音速、隐形性上进一步发展。但是他对科技上的要求也是比较高的！这个问题我们先从垂尾和水平尾翼在飞机上充当这怎样的作用，由浅到深慢慢为大家讲解。

垂尾在飞机上冲当的是一个方向盘的做用，可以在水平面进行左右转弯，通过气流的作用方向舵往哪边偏转，飞机就往哪边偏转。水平尾翼在在飞机上的作用，是给飞机提供升力。飞机起飞时前缘朝上，后缘朝下。降落则反之。这么重要的部位为什么要取消呢？取消后有由谁来接替这个位置呢？

推力矢量发动机可通过转动喷口靠尾喷气流来改变飞机的飞行状态，如美国的二元矢量喷口发动机，就是在发动机尾部安装调节板，上下调动来改变飞机尾喷气流的方向来控制飞机的俯仰状态！同样也达到了水平尾翼同样的效果！多元矢量推力发动机，是在二元矢量推力发动机的基础上发展出的产品，理论上可360°进行转动。这样通过喷口的左右调整来改变飞机左右偏转的状态。通过上述分析飞机是可以通过推力矢量发动机来代替水平尾翼和垂尾的。

飞机取消垂尾和水平尾翼有什么好处

1.取消垂尾和水平尾翼对飞机的隐形功能起到了很大的帮助。取消水平尾翼和垂尾，可减小飞机对雷达波的反射面。让飞机的隐形性能在往前进一步。

2.可以减轻飞机的重量。

3.减小跨音速时的激波阻力。飞机在跨音速或者超音速飞行时，飞机零升波阻力会与飞机的横截面积会影响飞行阻力，所以截面积越小阻力越小。

当然肯定也会有读者存在疑问，问什么多元矢量发动机已经生产，问什么不采用这种方法？其实这种想法，由于现在多元推力矢量发动机科技，产品还不成熟用到飞机上不太稳定，所以现在这个阶段只能先两者都用上，先保证飞行安全。等到科技成熟，产品稳定，这肯定是一个发展的大趋势！

当然随着现代飞机设计和发展，飞机的隐身性会越来好，速度也会变得更快。同时也会出现更多的新问题，如速度增大，飞行员身体收到的载荷也会增大，这将如何去解决？速度越快飞机外表的温度和图层需要用什么样的材料去代替？等等问题都是需要去解决的。

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为什么未来的战机要向着无垂尾翼方向发展？

确切地说，未来战斗机要取消的不是垂直尾翼，而是“多余的气动控制面”。

一些较为激进的方案甚至要取消掉除去襟翼以外的所有控制面。

特别是波音的F/A-XX系列预研方案，部分甚至激进到将进气道转移到机体上方。

但是像欧洲早期的六代机方案（FCAS），去掉了水平尾翼却保留了垂直尾翼。

与之对应的，它们也有去掉垂尾的方案。

但是无论如何，现在我们对六代机已经有了一个初步的认识：简化控制面以降低雷达反射面积，提高升阻比。通过变循环发动机提高飞机的飞行速度。使用先进的二元矢量喷管，提供机动飞行时需要的控制力矩。

这里我就来着重讲一讲通过推力矢量取代部分气动控制面提高飞机性能的思想。

对于航空用推力矢量技术的应用最早是德国人尝试的。

德国人的V-2火箭的弹道顶点高达100km，这个高度上空气极其稀薄，传统的气动舵面无法控制火箭的飞行。德国人就在V-2火箭的喷管后方加装了可控偏转的金属板，实现推力变向，通过的分力控制火箭飞行。这也就是最早的“推力矢量”。

在飞机上的应用则要等到20世纪70年代，美国人试飞了XFV-12验证机，该机的推力矢量实验表明，任何推重比大于0.6的飞机都可以加装矢量喷管大幅度提高飞行性能。如果要更进一步，对于一些推重比较高的飞机，可以直接用矢量喷管取代气动控制面。

这有很多好处：垂直尾翼不提供升力，还会带来额外的阻力，水平尾翼提供的主要是控制力矩，升力很少，偏转时也会有额外的阻力。

气动控制面的工作效率远不及发动机推力的分量，带来的额外阻力又大于发动机推力偏向带来的损失。如果能够去掉气动控制面，完全通过推力矢量控制飞机的机动，就能大大地提高飞机的飞行性能。

歼-10B TVC的表现不必多说，这还是设计阶段没有考虑推力矢量的飞机。要是设计阶段就有考虑呢？

美国人在X-31验证机就是这样的产物，他们测试过把垂尾拆掉，通过推力矢量以及优秀的基本气动设计，飞机还是可以安全飞行的，可以超音速，甚至也有一定的机动能力。当然了，X-31在去掉垂尾以后确实不能飞很多特技动作了。

同期研发的量产机型也就是YF-22与YF-23，没有那么激进，还是老老实实的装上了面积硕大的垂尾。

而隐身轰炸机B-2，毕竟不是战斗机不需要飞超音速也不需要飞特技动作，为了极致的隐身取消了垂尾。

B-2的偏航控制时通过翼尖的减速板完成的。

这就引申出第二点：取消垂尾可以减小飞机的雷达反射面积。

像F-15，Su-27这种四代机是没有考虑这个问题的。它们的垂尾都是90度垂直于机身。

这是典型的万向反射区，大大提高了雷达反射面积。

波音推出的隐身版F-15，也就是F-15SE，就把垂尾改成了外倾。五代机们的垂尾也都是外倾的。但这种方法治标不治本，只是一定程度地解决了垂尾地雷达反射问题，把射入地雷达波转成另一个角度发射出去，算不上全向隐身。根本的解决办法还是像B-2那样直接取消掉垂尾。

除此之外还有另一个很重要的问题：飞机上表面的脱体涡流流经垂尾时，会产生一个向下的分力。

关于这一点在宋文骢的那篇奠定歼-20技术基础的论文中有所提及。引用原文的说法：涡流通过垂尾时产生的负升力可以造成约最多0.4的升力系数损失，处理得当可以降低到0.1以下。这是什么概念呢？F-15的最大升力系数是1.6，F-22是2.1-2.2。0.4的话，是20%-25%之间，不少了。

所以我们也能看到，相比F-22，Su-57，F-35与歼-20的垂尾面积大大降低了，为了弥补面积减小的损失，用的也都是全动垂尾。当然还有一个比较重要的原因是因为F-22的技术路线和后来的五代机有一定的区别，它靠的不全是脱体涡，还有二元推力矢量的超环量效应。

列举了以上的原因，我们不难发现，通过推力矢量技术替代传统的气动控制面的收益是很大的。

俄罗斯的T-60方案就是直接取消了垂直尾翼和水平尾翼，只保留起降阶段增升的襟翼与滚转机动的副翼。不仅如此，甚至还在借鉴飞翼布局的思想，把飞机变成一整片机翼，获得更大的升力，算是升力体更进一步的发展结果，长得是越来越像以前动画片里的UFO了。

说到底，飞机的性能啊是从牙膏里一点一点挤得，毕竟是天上飞的东西，轻一点都能飞得更快，所以挤牙膏要比老黄的显卡挤得狠多了，减少一组垂尾带来的收益可能堪比换发动机的收益。

为什么未来的战机要向着无垂尾翼方向发展？

巨大的垂尾不利隐身，美国做过实验，充分的风洞吹风实验证明，要实现高度隐身，取消垂尾成为必然之势。无独有偶，中国2018年珠海航展，无垂尾的无人机，达到了八款之多，杜文龙的解释，中国已经突破了翼身融合的技术难题，因此把无垂尾设计飞行器，直弄成白菜萝卜。年初有一款“暗箭”下线的照片曝光后，立即引来英媒惊呼，中国六代机就要来了。是不是，在没有得到官方证实以前，不能确定，魂舞大漠想，作为实验机也是可以的，12年前亮相珠海，这多年过去，现在得以做成实机，即突破了翼身融合设计，看它垂得还不是很干净，外表还有垂尾的设计，却没人怀疑它的隐身效果。加之形体大小有类“枭龙”，可以期待的是，战斗力并不见小，验证飞行后也可以放大的，大的先按小的搞，小的也可搞成大的，主要验证了技术可行性。

▲无垂尾是一大方向。隐身化是未来技术趋势，自从美国打造隐身飞机，已发展了多款三代隐身机，其登峰造极之作便是无垂尾的B-2，然而B-2载弹量小速度慢，价格奇高，造不起用不起，为了将B-2开创的隐身大业继续，这才打造高度隐身的B-21，仍仍然为无尾翼设计，之所以不称为B-3，原因在于有技术化验证和实用化性质，B-2虽好但却少，B-21虽小可以完全用得起，但在技术经验上还没有得到确定，因是先使用了B-21的编号。美军自信没问题，打造X-47B等数款无尾验证机，应该说美国的无尾技术正是最好的，无人能比。为了追求全面隐身，美军正在潜心潜力，正代表了战斗飞行器一大方向，高度隐身才能建立起技术优势，以使自己立于不败之地。

▲可实现的国家有几个？法国与多国联合打造的“神经元”怎么失去了动静？英国“雷声”大雨点越来越小，原因与美国X-47B项目大同小异，飞翼体阻力虽小，但存在诸多技术难点，发展具有不确定性。可干的活不少，也有不少麻烦事，气动在大的技术突破之前，现在的技术并不能满足军方需要，另有智能化水平不高，部署并不灵活等麻烦。中美英法，都要这样的验证机，开始动静都不小，越飞信心越小，不得已而作罢，留待以后再说，似乎就是最好选择。花了钱，实验多年，不得已而放弃。美国偃旗，并没息鼓的意思，并不甘心自己的失败，仍要寻求更大的突破，然而并不等于就能真正实现。技术深渊甚大，当心掉下去，又会是一个画饼充饥，靡费金钱的老虎。

▲中国的发展。沙特彩虹-4被胡塞武装给搞掉，美国嘿嘿地笑，其实没有什么可笑的，美国为首的西方，卖给沙特的战鹰，一个个也被弄得灰头土脸，什么F-15SA，什么“台风”，照样没有摆脱被打掉的厄运，沙特没在乎，美国却大泼污水，其实美军同等型号无人机，照样折戟沉沙。中国亮出彩虹-7，适各国需要而打造，这个可以，高大尚的隐身机，意味着从彩虹-7从中国开始要大卖狂甩了。珠海现场，彩虹人宣布，2023年要交付入役，现在来到2019，四年间要完成实验飞行，发展应该非常快，若非实机下线，或者说不掌握相关技术，我们不会拿到航展上去。年初“利剑”下线，年底彩虹-7要向外销售，话说哪个国家有兴趣，现在开始参与，会有一个非常不错的价格呢。

为什么未来的战机要向着无垂尾翼方向发展？

第一减阻、第二减少雷达波反射截面积！

飞机垂尾作为飞机尾翼的组成部分，主要提供飞机横向的静稳定性和横向动稳定性，同时为飞机提供一定的可操纵性，但是垂尾在给飞机带来这些好处的同时，还会附带阻力。▲飞机垂尾所附带的阻力与飞机机翼的压差阻力不同，其不仅有高速气流的摩擦阻力还会曾大飞机的干扰阻力和激波阻力。

而飞机想要飞的快，最重要的手段就是“减阻”，就像通常为减少激波阻力，飞机的气动外形要尽可能的在纵向设计上平滑的设计面积率分布、增大飞机的长细比，而去掉飞机垂尾也是降低飞机阻力的一种手段。▲“只要动力够，板砖也能飞上天”，这句“至理名言”估计人人都听过，但是光让板砖飞上天不行，还需要高速、安全、可控的飞行，而想要让飞机高速飞行，“减阻”其实是比“增推”更有效的手段，而飞机去掉垂尾恰恰是减阻的重要手段之一。

那么既然去掉飞机垂尾可以让飞机减阻，为什么要等到六代机的概念阶段才引起大多数人的重视呢？

这就是先进航空技术与数字化飞控进步的结果，在很早之前人们就知道飞机去掉垂尾就可以减阻，但是作为飞机重要操纵面和稳定面的垂尾，如果单纯的去掉会影响飞机的稳定性和可操纵性。▲1989年7月首飞的B-2隐形轰炸机，估计是现在大家最为熟知的无垂尾飞机了，但也正是因为没有垂尾，才使得B-2的可操纵性不高。

而B-2首飞的年代，恰恰是先进航空电子技术进步和数字化飞控诞生的早期，而如今经过30多年的技术进步后，现在的先进航空电子技术与数字式飞控技术，已经可以解决无垂尾甚至无尾飞机的可控要求了。▲2018年珠海航展上，用矢量喷管做机动飞行的歼10BTVC，飞机矢量系统诞生，为飞机去掉更多操纵舵面以减阻创造了可能，而飞机矢量系统的普及离不开先进航空飞控系统的进步。

而六代机去掉垂尾的另一大原因，就是可以提高飞机的隐身性能。▲隐身技术包含的内容十分广阔，不仅有雷达电磁隐身、还有红外隐身、光学隐身、声学隐身等多种技术，而飞机隐身技术目前主要以雷达电磁波隐身为主。

在现今六代机概念研究中，普遍将飞机的全面隐身技术列为第一要求，而隐身技术的关键，就是如何缩减飞机的雷达反射截面积，那么减少垂尾相对来说，自然雷达截面积就越小了。

不过现在六代机普遍还处于概念研究阶段，具体的技术要求各国还没有一个统一的认识，各国都对自己未来的空战环境有不同的要求，那么各国的六代机也可能不近相同，未来六代机可能出现相较四、五代机更大的区别，不会像四、五代机那样尽管看着百家争鸣，但实际上同质化十分严重的现象。