我們知道常規(guī)布局的飛機是機翼在前，水平尾翼在后，機翼提供全機的升力，而水平尾翼提供的是向下的配平力?？梢钥吹?，水平尾翼對飛機整體的升力沒有一點貢獻，相反的還加重了機翼的負擔(dān)。而鴨式布局很好的解決了這一問題，鴨式布局中，沒有水平尾翼，而是在機翼的前方增加一對小鴨翼。整機的重心在鴨翼與機翼中間，這樣，鴨翼與機翼都提供向上的升力。因而能夠大大提高飛機的升力，以及控制性能。采用全動式鴨翼設(shè)計的飛機，鴨翼也是直接的控制操縱面，十分適合采用放寬靜穩(wěn)定設(shè)計。不僅可以減小起飛著陸距離，增加飛機的機動性能，還可以減小飛機的空機重量，降低飛機的成本。
常規(guī)式布局的受力方式，實心黑點為重心位置，在氣動中心之前。水平尾翼在機尾，提供的是向下的配平力。
鴨式布局的受力方式，重心位置在鴨翼與機翼之間，沒有水平尾翼，鴨翼與機翼都提供的是向上的升力。
飛機的鴨翼布局是一種既古老又年輕的布局方式，早在1903年，萊特兄弟發(fā)明世界上第一架飛機時，采用的便是鴨式布局。不過那時完全是一種巧合，因為當(dāng)時的人們對飛機的空氣動力學(xué)還沒有基本的認(rèn)識，更不了解飛機的操縱性與穩(wěn)定性的要求，對飛機的控制時段也是十分的簡陋。因此在后來的很長時間里，鴨式布局并沒有得到廣泛的應(yīng)用。反而穩(wěn)定性特別好，對控制要求很低的常規(guī)布局應(yīng)用廣泛。
萊特兄弟制造的飛機
上世紀(jì)50年代，高空高速成為當(dāng)時各國空中力量共同追求的指標(biāo)，各種非常規(guī)布局紛紛出現(xiàn)。無尾飛機便是其中一種。無尾飛機雖然誘導(dǎo)阻力小，結(jié)構(gòu)重量輕，但是因缺少平尾而帶來的縱向阻尼小，配平效果差，抗突風(fēng)能力弱等缺點無法很好克服。此時人們想到了冷寂幾十年的鴨式布局，經(jīng)過一些研究發(fā)現(xiàn)鴨式布局能夠較好地解決無尾布局上的那些問題。
到了60年代，隨著工程上對鴨翼和渦升力的不斷實踐應(yīng)用，加之理論方面瑞典貝爾伯姆教授發(fā)現(xiàn)近耦合鴨式布局在氣動增升方面的優(yōu)勢后，新一波"鴨翼"研究熱潮拉開。70年代瑞典人研制的Saab-37戰(zhàn)機，引入固定式鴨翼，利用脫體渦升力，結(jié)合近距耦合機理，成為第一架真正意義的鴨式布局飛機。我國也在這一時期開展了鴨式布局的相關(guān)研究，并在后來的殲-9、殲-10以及現(xiàn)在的殲-20上都使用了鴨式布局。
Saab-37戰(zhàn)機
三、 近距鴨式布局與遠距鴨式布局的區(qū)別1、 近距鴨式布局
近距鴨式布局即，鴨翼與機翼的距離比較近。隨著漩渦空氣動力學(xué)的發(fā)展，瑞典的貝爾伯姆教授最先發(fā)現(xiàn)近距鴨式布局在大迎角時，鴨翼很容易誘導(dǎo)出穩(wěn)定的脫體渦，渦流流過機翼上表面，與機翼以及飛機后體流場發(fā)生耦合效應(yīng)，能夠在很大程度上減小機翼上表面的壓力，從而使得飛機的升力顯著提高。同時可以延遲飛機機翼的失速，提高飛機的失速迎角，使得飛機具有良好的過失速穩(wěn)定度。另外，鴨翼誘導(dǎo)的脫體渦可以和氣動彈性剪裁后的后掠翼耦合作用，有助于機翼產(chǎn)生接近橢圓的展向壓力分布，從而減小飛機的飛行阻力。不過在超音速飛行時，由于流場的復(fù)雜性等種種原因，近距鴨式布局飛機的阻力一般還是要比遠距鴨式布局大的多。總的來說，近距鴨式布局主要優(yōu)點是能夠提升飛機在大迎角飛行時的飛行性能，以及改善飛機的起降性能。
鴨翼誘導(dǎo)出穩(wěn)定的脫體渦流，經(jīng)機翼上表面的原理圖
我國的殲-20，為了讓鴨翼誘導(dǎo)出的脫體渦準(zhǔn)確的從機翼上表面流過去，鴨翼采用了上反設(shè)計
Saab-37是第一架利用鴨翼渦和主翼渦有利干擾設(shè)計的近距耦合鴨式飛機。九十年代瑞典SAAB公司又研制造了有著"北歐守護神"之稱的JAS-39鷹獅戰(zhàn)機。它繼承了前輩Saab-37良好的近耦鴨翼氣動形式，在兩側(cè)楔形進氣道上裝有大后掠角切尖可動鴨翼。起飛時，鴨翼下偏，提供正升力和抬頭力矩，提升其低速尤其是短距起飛性能；降落時，大角度下偏，和尾部阻力板一起，起到減速制動效果。與JAS-39和EF-2000J并稱"歐洲三雄"的法國陣風(fēng)先進飛機也采用近耦鴨翼設(shè)計。它利用鴨翼前緣產(chǎn)生較大強度的穩(wěn)定脫體渦，增加主翼升力，延緩主翼前緣渦的分離，同時結(jié)合兩翼間渦的有利干擾，實現(xiàn)飛機總體升力大于單獨翼面升力的效果。
法國陣風(fēng)
2、 遠距鴨式布局
鴨翼距主翼較遠，距質(zhì)心的力臂較長的布局，稱為遠距耦合鴨式布局。此布局下，脫體渦增升的作用也還存在，但是已經(jīng)比較弱了。鴨翼的設(shè)計主要考慮全機操縱性和升阻比方面。為了保證飛機的縱向穩(wěn)定性，鴨翼面積通常比近距鴨式布局的小的多。由于鴨翼產(chǎn)生的是正升力，屬于主動力控制，并且遠距鴨翼的控制力臂也很長，因此鴨翼不需要偏轉(zhuǎn)很大的角度就能取得良好的控制效果。這樣在高速飛行時，阻力就非常的小。相比于近距鴨式布局，遠距鴨式布局的流場要簡單的多，早期的帶鴨翼飛機也多為此布局。總的來說，相比于近距鴨式布局，遠距鴨式布局的優(yōu)勢在于阻力小，流場相對比較簡單，適合超聲速飛行。
XB-70遠距鴨式布局，作為一款大型轟炸機，它能飛到三馬赫?。?！
XB-70是美國研發(fā)的3倍音速戰(zhàn)略轟炸機。它采用鴨式前翼加三角翼的外形設(shè)計，在其很尖的機頭兩側(cè)裝有鴨式前翼。XB-70全動鴨式偏轉(zhuǎn)時，在飛機焦點和重心之前提供一個正升力，在縱向配平調(diào)整，幾乎不產(chǎn)生配平阻力。EF-2000，又稱"臺風(fēng)"，脫胎于北約九十年代的EFA計劃。為解決機腹進氣結(jié)構(gòu)在跨音速時耦合鴨翼產(chǎn)生巨大波阻的問題，EF-2000最終將鴨翼布置在距主翼較遠的位置，從而突破阻力瓶頸，提高了飛機最大馬赫數(shù)和動升限。
四、 其他帶有鴨翼的布局形式1、 帶鴨翼的前掠翼布局
前掠翼飛機，是指飛機機翼前后緣向前伸展，翼梢位于翼根前方。1945年，德國設(shè)計出世界上第一架前掠翼飛機——Ju-287轟炸機。但是由于前掠翼存在氣動彈性發(fā)散等問題，限制了其大迎角性能的充分發(fā)揮。隨著復(fù)合材料的發(fā)展，利用鴨翼脫體渦的干擾改善前掠翼根部流動的方案在一定程度上緩解了前掠翼飛機的瓶頸問題。歷史上做的最好的前掠翼飛機有前蘇聯(lián)的SU-47金雕和美國X-29A驗證機，它們都是鴨翼-前掠翼布局。
SU-47金雕
2、 三翼面布局
在常規(guī)布局的飛機前邊加上鴨翼，就構(gòu)成了三翼面布局。三翼面布局的飛機的鴨翼與機翼的有利干擾作用在該布局中仍然保持存在，飛機配平能力依舊較強，而且相對鴨式布局飛機，它不依賴大的靜不定度就可以實現(xiàn)機動性能的大幅提高。這是因為飛機的三翼面可以當(dāng)作理想的直接升力控制面，從而實現(xiàn)航跡的精確控制。目前三翼面飛機主要集中在蘇霍伊設(shè)計局設(shè)計的"側(cè)衛(wèi)"家族中，如SU-30MKI重型戰(zhàn)斗機，SU-34鴨嘴獸戰(zhàn)斗轟炸機，在SU-27基礎(chǔ)上加裝小鴨翼的SU-27M和加裝大鴨翼的SU-33艦載機等等。其它還有美國F15MTD高機動性能演示機，中國J-15艦載機等。
蘇-30可以看到鴨翼誘導(dǎo)出的脫體渦
五、 總結(jié)良好的大迎角機動性能已是現(xiàn)代戰(zhàn)斗機的基本要求?，F(xiàn)代戰(zhàn)斗機一般采用中等或大后掠角且相對厚度很小的機翼，而且機頭也很細長。這類飛機的特點是在不大的迎角時即發(fā)生分離，如何有效利用分離旋渦空氣動力特性就變得十分重要。鴨式布局就是解決這一問題的典型代表。
我國與鴨式布局的淵源特別深厚，從殲-9開始，我國就已經(jīng)嘗試在主力戰(zhàn)機上使用鴨式布局。雖然殲-9最終還是夭折了，但在整個研究過程中，成飛幾乎將各種鴨翼與主機翼的搭配方案都試了個遍。再加上殲-10鴨式布局戰(zhàn)機的成功裝備，大量的使用經(jīng)驗更是讓我國設(shè)計人員對鴨式布局的種種問題的理解達到世界領(lǐng)先水平。在足夠的技術(shù)累積下，殲-20的橫空出世，不僅讓我國成為了世界上少有的幾個能夠研制五代機的國家之一，更是讓鴨式布局在新時代中煥發(fā)出旺盛的生機與活力。
夭折的殲-9
殲-10
殲-20，可以看到我國連續(xù)三代主力戰(zhàn)機都使用的是鴨式布局
