說點(diǎn)你不知道的：我們的三角翼無人機(jī)飛行性能并不是最強(qiáng)的

最近有個(gè)粉絲評(píng)論“改革開放了大家富裕了，5G了抖音了，很多人只需要長(zhǎng)膘不需要長(zhǎng)腦也能活下去了……”，開始還覺得AI的評(píng)論監(jiān)控系統(tǒng)刪除掉這樣的評(píng)論是正確的，但細(xì)琢磨還真是這樣的事情。

由頭是這個(gè)：

有人在短視頻上說咱們的價(jià)格1萬美元的飛龍300無人機(jī)性能碾壓其他無人機(jī)是因?yàn)槭褂昧巳且怼?/p>

但是在W君看來這貨的性能無論怎么吹也不會(huì)優(yōu)于其他無人機(jī)，飛龍300上的三角翼是妥妥的妥協(xié)產(chǎn)物。

原因很簡(jiǎn)單——如果三角翼無人機(jī)是性能的天花板，那么所有無人機(jī)都應(yīng)該是三角翼的。畢竟外形這東西誰不會(huì)抄呢？

當(dāng)然了，這樣說會(huì)導(dǎo)致很多人的不滿意，那么咱們今天就展開聊聊“三角翼”。

在上世紀(jì)50-80年代，很多飛機(jī)都會(huì)使用三角翼。例如幻影系列，這就是典型的三角翼無尾翼布局。

再或者，咱們的殲-7

這是典型的三角翼常規(guī)布局的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。我們的殲-8也繼承了這個(gè)設(shè)計(jì)，也是采用了三角翼常規(guī)布局。

再如殲-20，

這是典型的大邊條三角翼設(shè)計(jì)。不過你會(huì)發(fā)現(xiàn)到了殲-20機(jī)翼的后緣向前掠了一點(diǎn)點(diǎn)。

其實(shí)講真，古今中外有很多飛機(jī)都是三角翼，這個(gè)機(jī)翼的翼型其實(shí)并不是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

基本上有點(diǎn)航空工業(yè)基礎(chǔ)的國(guó)家就可以搞得出來，以至于南亞軍事大國(guó)都搞了。

這事情并不難，但軍迷們可能不理解為什么要把機(jī)翼搞成三角形，三角形機(jī)翼和其他機(jī)翼形狀對(duì)比有什么優(yōu)勢(shì)？

如果說“其他”實(shí)際上是有很多了，一個(gè)巴掌絕對(duì)數(shù)不過來。

矩形翼、梯形翼、橢圓翼、后掠翼、三角翼、雙三角翼、S形前緣翼、變后掠翼……

看上面的圖，我們大腦稍微工作一下，就可以把大部分機(jī)翼的翼型代入現(xiàn)在已經(jīng)存在過的很多飛機(jī)上。再仔細(xì)的想想可以代入的這些飛機(jī)特性，我們就不難得出一個(gè)概念——三角翼適合高速飛行，所以，之前W君給大家舉例的三角翼飛機(jī)其實(shí)也都是以速度見長(zhǎng)的超音速戰(zhàn)斗機(jī)。

后掠翼的設(shè)計(jì)不是更符合高速飛行的需要嗎？為什么三角翼符合高速飛行的需求呢？從一個(gè)最直觀的特點(diǎn)來看，三角翼是不是把后掠翼的“缺口”給填滿了。

這里就有很有意思的事情發(fā)生了，通過填滿后掠翼的空隙，在空氣動(dòng)力學(xué)上做到了什么？在空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)中，實(shí)際上是不考慮機(jī)翼到底是什么形狀好不好看拉風(fēng)不拉風(fēng)的，而是有一個(gè)明確的目的——塑造空氣流動(dòng)方向或者說是對(duì)高速氣流塑形。后掠翼通過把翼展往后拉，延緩了激波形成的速度，從這一點(diǎn)上來說后掠翼為高速飛行提供了最基本的支持。但是，空氣的氣流是沿著機(jī)翼的表面進(jìn)行流動(dòng)的這是空氣的粘滯性表現(xiàn)——?dú)饬鲿?huì)沿著機(jī)翼表面流動(dòng)，并在接近尾緣時(shí)，由于慣性與壓力梯度的變化，不可避免地在翼后緣形成渦流和尾跡區(qū)。這些渦流在低速時(shí)無關(guān)緊要，但在跨音速或超音速狀態(tài)下，就會(huì)導(dǎo)致局部流場(chǎng)不穩(wěn)定。

同樣，咱們?cè)谟懻摰氖菣C(jī)翼，但現(xiàn)實(shí)情況中機(jī)翼和機(jī)身結(jié)合部的區(qū)域更加復(fù)雜。這就導(dǎo)致了后掠翼翼根的部分升力漂移、阻力上升、激波附著點(diǎn)亂跳……由于后掠翼的翼型的這個(gè)空缺區(qū)域往往在升力中心附近，就對(duì)飛行效率和速度都有了負(fù)面效果。

三角翼把這個(gè)缺口填滿，主要是延遲了機(jī)翼尾流的出現(xiàn)，這樣就降低了誘導(dǎo)阻力，讓氣流在機(jī)翼表面的流動(dòng)更加平滑。同時(shí)也延遲了脫體渦流的出現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)，更高的提高了機(jī)翼的升力效率。

然而，說這個(gè)“理論”是有一個(gè)前提的，這就是“高速飛行”，三角翼主要優(yōu)化的是跨音速和超音速性能。它的全部?jī)?yōu)勢(shì)都建立在“馬赫數(shù)大于0.9”之后的飛行狀況。

而咱們的飛龍300無人機(jī)其實(shí)達(dá)不到這種速度。簡(jiǎn)單的說它沒有拿到三角翼的紅利而吃了三角翼的虧。任何東西都有兩面性，有積極的一面就有消極的一面。把后掠翼的空缺補(bǔ)平，最本質(zhì)的體現(xiàn)就是加大了空氣流過機(jī)翼表面的路徑長(zhǎng)度。三角翼就要比后掠翼付出更大的摩擦阻力。

這里就有一個(gè)很多軍迷這個(gè)層面很少接觸到的術(shù)語了叫做“濕化表面積”（wetted area）它指的是飛機(jī)外表面與空氣直接接觸的總面積。這個(gè)數(shù)值越大，空氣與機(jī)體之間的摩擦效應(yīng)越顯著。

三角翼由于翼根寬大、后緣鋪開，濕化表面積顯著增加。在高速飛行時(shí)，這種增加被超音速升力與激波控制抵消，但在亞音速下，它就是純粹的拖拽——升力沒變多，阻力卻實(shí)打?qū)嵉卮罅恕?/p>

所以，問題的根本在于——飛龍300的巡航速度根本達(dá)不到產(chǎn)生有效波阻的馬赫數(shù)。它是一架典型的亞音速無人機(jī)，飛行包線大約在馬赫0.4到0.6之間。在這個(gè)速度區(qū)間，空氣的可壓縮性影響微乎其微，根本不會(huì)形成激波，也談不上“波阻”這種問題。于是，三角翼那些為跨音速和超音速服務(wù)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，就像一個(gè)被提前開場(chǎng)的舞臺(tái)——燈光、布景、演員都齊了，唯獨(dú)觀眾沒來（速度不夠）。三角翼低波阻的理論優(yōu)勢(shì)，在這里完全失去了存在的意義。

相反，飛龍300卻必須承擔(dān)三角翼布局帶來的所有副作用。三角翼的表面積更大，空氣流過機(jī)翼的路徑更長(zhǎng)，摩擦阻力自然也更高。而在亞音速飛行條件下，摩擦阻力正是決定飛行效率的關(guān)鍵因素之一。結(jié)果就是，飛龍300在同樣的發(fā)動(dòng)機(jī)功率下，航程更短、續(xù)航更低、巡航速度也不占優(yōu)勢(shì)。

更棘手的是，三角翼的升力曲線在低速下非常平緩。為了獲得足夠升力，無人機(jī)必須維持更高的迎角，也就是說，它需要更快的速度才能起飛或保持平飛。這直接導(dǎo)致了起降距離的增加和低速控制的困難。對(duì)于一架無人機(jī)來說，這不是“性能特征”，而是“操作負(fù)擔(dān)”。如果說戰(zhàn)斗機(jī)還能靠推力暴力解決這一問題，那么飛龍300這樣的無人機(jī)，只能老老實(shí)實(shí)在地面上加長(zhǎng)跑道或者使用火箭助推發(fā)射。因此我們看到的飛龍300的官方宣傳片中那一節(jié)助推火箭，總會(huì)感覺空氣動(dòng)力學(xué)誠(chéng)不欺我吧？

最終的結(jié)論會(huì)讓很多軍迷崩潰——飛龍300的三角翼，看起來像是很有速度很有飛行性能的樣子，但它既沒有速度，也沒有效率。它的三角翼在空氣動(dòng)力學(xué)上難道是為了顯得先進(jìn)，而犧牲了實(shí)用？形式上接近超音速，實(shí)質(zhì)上卻是亞音速的尷尬折衷？

呵呵，寫到這里容易招黑，無論是俄羅斯、伊朗的見證者還是我們的自有飛行小摩托為什么都不約而同的在低速遠(yuǎn)程無人機(jī)上使用了三角翼的設(shè)計(jì)呢？

這并不是設(shè)計(jì)師們集體耍帥。而是從另一方面考慮的結(jié)果。三角翼飛機(jī)還有一系列的例子。例如英國(guó)的火神轟炸機(jī)。

在2015年退役完畢的大英轟炸機(jī)從外觀上是不是更像這種空中小摩托呢？

其實(shí)三角翼有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，但無關(guān)空氣動(dòng)力學(xué)。三角翼的巨大優(yōu)勢(shì)是內(nèi)部空間巨大！

以火神轟炸機(jī)為例在每側(cè)機(jī)翼內(nèi)可以安放5個(gè)容量巨大的油箱，而普通的后掠翼飛機(jī)如果想打這么富裕的仗就是癡人說夢(mèng)了。在設(shè)計(jì)火神轟炸機(jī)的時(shí)代，發(fā)動(dòng)機(jī)效率并不高、機(jī)身的結(jié)構(gòu)也無法減輕的條件下能夠飛得更遠(yuǎn)的最佳技術(shù)路徑就是多帶油。

要知道上世紀(jì)50年代設(shè)計(jì)的火神轟炸機(jī)上面的奧利匹斯噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)維持一公斤推力一小時(shí)就要消耗掉1公斤油料，雖然說最終協(xié)和客機(jī)也用這種噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，但是這種發(fā)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)在來看并不是一臺(tái)高效的設(shè)備。

我們把視角拉回現(xiàn)在，看這類低成本、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的小型無人機(jī)，是不是也有同樣的感覺了？它們之所以做成三角翼，并不是為了追求什么“高性能”或“超音速外形”，而只是為了一個(gè)最直接的目的——取得更大的機(jī)翼中盒空間，用來攜帶更多燃料。這是一種樸素、務(wù)實(shí)的工程邏輯：既然發(fā)動(dòng)機(jī)效率有限、功率有限，那就讓油多一點(diǎn)、飛得久一點(diǎn)。

這就是所謂的“工程”。在工程的世界里，從來不會(huì)在每個(gè)環(huán)節(jié)都使用最頂尖、最高效、最昂貴的技術(shù)。真正成熟的設(shè)計(jì)，是在有限條件下找到最合適的形態(tài)。如果你單獨(dú)拿出某一個(gè)技術(shù)點(diǎn)來分析，也許它的選擇并不是最優(yōu)解，甚至顯得“落后”或者是“錯(cuò)誤”的。但在一個(gè)完整的工程體系中，設(shè)計(jì)師需要學(xué)會(huì)妥協(xié)、退讓、協(xié)調(diào)，把復(fù)雜的需求壓縮成可行的方案。

所以，當(dāng)我們看到一架低成本無人機(jī)是三角翼時(shí)就立刻高呼“飛行性能碾壓”，其實(shí)——多少有點(diǎn)馬屁拍錯(cuò)了位置的味道。

三角翼在這樣的平臺(tái)上從來不是性能的象征，而是制造邏輯的結(jié)果。它意味著成本更低、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)、內(nèi)部容積更大，而不是氣動(dòng)效率更高、速度更快。那些把三角翼當(dāng)作“先進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)”的解讀，本質(zhì)上就是把五十年前超音速戰(zhàn)機(jī)的語境，生搬硬套到二十一世紀(jì)的螺旋槳無人機(jī)上。

在短視頻和流量語境下，“形狀”往往比“原理”更容易贏得掌聲。一個(gè)三角翼的外形，一句“氣動(dòng)先進(jìn)”“性能碾壓”，足以讓人們熱血上頭。

這事情就挺逗的了。