印度“光輝”戰(zhàn)斗機(jī)是空氣動(dòng)力學(xué)教科書般的實(shí)現(xiàn)，殲20卻是野路子

這是昨天回復(fù)的別人的信息：

先別急著罵，相信你看完這篇文章能受益匪淺。

很多很多年前有人問W君誰是氣動(dòng)設(shè)計(jì)最好的戰(zhàn)斗機(jī)，W君會(huì)給他說是印度的“光輝”，今天如果有人問相同的問題，W君的答案依舊不變——這是一架空氣動(dòng)力學(xué)教科書式的藝術(shù)品。更牛逼的是這玩意竟然能飛起來！

這里面有一個(gè)很多軍迷不被指點(diǎn)的話一輩子都跨不過去的一個(gè)大坎——如何站在專業(yè)的角度去看一個(gè)武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

如果單從空氣動(dòng)力學(xué)來講“光輝”戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)是無可挑剔的，就這個(gè)設(shè)計(jì)而言你可以用你能想到的所有贊美之詞來形容這架戰(zhàn)斗機(jī)。

不信？咱們簡單的一項(xiàng)項(xiàng)拆開來講： 首先是面積率的精準(zhǔn)運(yùn)用。

戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)并不是為了好看存在的，其中有很多經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，甚至被總結(jié)成了空氣動(dòng)力學(xué)的定律。這里面最重要的一條就是“面積律”。

所謂的面積律（area rule）又叫“惠特科姆面積法”。是指在設(shè)計(jì)飛機(jī)的過程中，對(duì)飛機(jī)的氣動(dòng)外形進(jìn)行修正的一種方法。

當(dāng)一架飛機(jī)在跨音速飛行的時(shí)候（馬赫0.8-1.2），由于飛機(jī)是一個(gè)在空氣中高速運(yùn)動(dòng)的剛體，氣流在飛機(jī)上沿著飛機(jī)表面被向著不同方向推開。

一個(gè)反直覺的事情就出現(xiàn)了，即便飛機(jī)接近音速但不超過音速的時(shí)候，飛機(jī)推動(dòng)的局部氣流可以被飛機(jī)加速到音速。

在這些超音速流動(dòng)區(qū)域形成的激波會(huì)導(dǎo)致阻力突然增加，稱為波阻。為了減少激波的數(shù)量和強(qiáng)度，飛機(jī)的氣動(dòng)外形應(yīng)盡可能使橫截面積從前到后平滑過渡——面積律。

很多人不理解這句話的概念，飛機(jī)的橫截面積不就是平滑過渡的嗎？其實(shí)不然！如果是一枚火箭這件事成立，但飛機(jī)有機(jī)翼，機(jī)翼的橫截面積也需要被算進(jìn)去。

也就是說如果機(jī)身只有部分只有機(jī)身那么可以在這個(gè)部分計(jì)算機(jī)身橫截面積，但如果這段機(jī)身有機(jī)翼，那么也得計(jì)算機(jī)翼的橫截面積（圖上藍(lán)色部分）。

正是因?yàn)橐褭C(jī)翼也納入截面積計(jì)算，絕大多數(shù)飛機(jī)在機(jī)翼根部位置，都會(huì)天然出現(xiàn)一個(gè)“截面積突變區(qū)”。如果設(shè)計(jì)人員不刻意去修正這部分幾何形態(tài)，那么一道跨音激波，幾乎是注定要在這里形成。

真正完全運(yùn)用面積律修正的飛機(jī)是什么樣子呢？這玩意看起來會(huì)讓你覺得很奇怪！

例如二戰(zhàn)末期德國的容克-287轟炸機(jī)：

這個(gè)圖你別看反了，粗大的機(jī)頭，機(jī)頭邊緣放置了兩臺(tái)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和兩臺(tái)助推火箭，前掠翼，在主翼下方又各自放了一個(gè)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)以及各自的助推火箭，不僅如此，這架飛機(jī)還采用了固定式起落架，而且似乎多此一舉的把起落架的外緣做成了臃腫的形態(tài)。

現(xiàn)在軍迷看慣了F-16、Su-27，乍一看容克287是不是有一種掀桌的沖動(dòng)？這是什么破飛機(jī)？？？但你得知道，這架破飛機(jī)恰恰是當(dāng)時(shí)材料、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和空氣動(dòng)力學(xué)的最優(yōu)解。

如果你看原始設(shè)計(jì)圖紙，你會(huì)發(fā)現(xiàn)工程師的思路就是圍繞著面積律對(duì)這架飛機(jī)進(jìn)行的優(yōu)化。甚至不惜把兩臺(tái)巨大的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)肥仔機(jī)頭上，也能解釋這架飛機(jī)為什么被設(shè)計(jì)成了前掠翼形態(tài)。

畢竟，如果你從截面積上來看，這架犬牙參差樣子草率的轟炸機(jī)的變化曲線卻又驚人的平滑。

當(dāng)然，為了滿足面積律修正的設(shè)計(jì)當(dāng)年的德國有各自奇葩的設(shè)計(jì)案例：

有的硬生生直接在飛機(jī)上切掉一塊，形成噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道。

有的干脆躺平，在現(xiàn)在看還頗具現(xiàn)代設(shè)計(jì)的風(fēng)格：

為什么提了幾架德國飛機(jī)？惠特科姆面積法嘛，惠特科姆本身就是德國人，之所以說是NASA工程師，是因?yàn)槎?zhàn)結(jié)束后回形針計(jì)劃的結(jié)果所致。

在現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)中往往還會(huì)做面積律的修正，而且在面積律上還推出了一個(gè)2.0版本，叫做超音速面積律。這個(gè)新版本會(huì)結(jié)合前面咱們談到的面積律（跨音速面積律）一起做為飛機(jī)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

在超音速狀態(tài)下，波阻不僅取決于橫截面積變化是否平滑，而是取決于等效體旋轉(zhuǎn)體（equivalent body of revolution）的面積分布函數(shù)及其二階導(dǎo)數(shù)特性。

這樣一來就很有意思了，你不僅僅要在一些位置上收縮機(jī)身，為了滿足超音速飛行的時(shí)候，機(jī)身還得在適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行外放。一個(gè)很著名的例子完美的運(yùn)用了面積律2.0，就是以色列版本的F-16戰(zhàn)斗機(jī)的保形油箱。

你會(huì)看到本來應(yīng)該平滑的機(jī)身上卻特別突兀的又突起了一大塊，在這個(gè)部分上F-16I可以說是做到了凹凸有致縮放自如。

但如果從直覺上來看這架飛機(jī)的設(shè)計(jì)，是不是又回到了二戰(zhàn)容克287的路子上了呢？是吧？你發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很諷刺的現(xiàn)象——在空氣動(dòng)力學(xué)這條路上走到盡頭的飛行器，往往丑得讓人懷疑設(shè)計(jì)師的人品。

現(xiàn)在咱們?cè)賮砜础肮廨x”戰(zhàn)斗機(jī)。

注意到垂尾前端的異常隆起了嘛？這是面積律2.0

注意到主機(jī)翼中段的隆起了嗎？以更優(yōu)雅的方式解決了機(jī)體橫截面的快速膨脹

注意到發(fā)動(dòng)機(jī)艙利落的收縮了嗎？完美的實(shí)現(xiàn)了面積律的過渡。

如果你把這些特征單獨(dú)拆出來看，它們都算不上“漂亮”；但當(dāng)你把它們放回氣動(dòng)模型和波阻曲線中去看，它們卻近乎“完美”。這正是“光輝”最有意思的地方：它并不是在追求造型上的美，而是在追求函數(shù)上的正確。

從這個(gè)角度說，它更像是一道被完整解出的空氣動(dòng)力學(xué)方程，而不僅僅是一架飛機(jī)，而是一個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)的藝術(shù)品。你現(xiàn)在還會(huì)覺得它的設(shè)計(jì)不好嗎？至少，你要想讀懂現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)于面積律的運(yùn)用，“光輝”戰(zhàn)斗機(jī)就是教科書般的存在。

不僅如此，咱們?cè)僬f一個(gè)名詞——超臨界機(jī)翼。

超臨界機(jī)翼依然是和飛行性能有關(guān)。咱們用最簡單的方法來講“超臨界機(jī)翼”，我們都知道飛機(jī)的機(jī)翼是一個(gè)上弓形的形狀。

上方彎曲度大一些，導(dǎo)致空氣流過機(jī)翼表面流速增快壓強(qiáng)變小，由于機(jī)翼翼面上下的壓強(qiáng)不同對(duì)飛機(jī)產(chǎn)生了托舉力，這也就是我們常說的升力。到這里是普通的軍迷水平，但如果是一個(gè)高階軍迷會(huì)注意到W君加黑的“流速增快”吧？當(dāng)飛機(jī)接近音速飛行的時(shí)候，機(jī)翼上表面的氣流流速增快回怎樣？——超過聲速！這層超過音速的氣流會(huì)層層疊加，從機(jī)翼翼面上分離，大幅度的增加飛行阻力同時(shí)還會(huì)降低機(jī)翼的升力。

如果你乘坐飛機(jī)出行，在座艙里面仔細(xì)觀察飛機(jī)的機(jī)翼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一條條小的氣流波動(dòng)：

這張動(dòng)圖很好的顯示了這個(gè)擾動(dòng)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)機(jī)翼上的黑色線條出現(xiàn)了視覺上的擾動(dòng)，雖然小，但是明顯可見。這就是分離氣流帶來的空氣密度急劇變化產(chǎn)生的空氣折射率的改變。99.99%乘坐飛機(jī)的人是不會(huì)注意到這個(gè)現(xiàn)象的。其實(shí)我們看到的這個(gè)小擾動(dòng)就是圖片中紅色的部分：

那么什么是“超臨界機(jī)翼”（Supercritical Wing）呢？它改變了機(jī)翼下沿形狀。

通過計(jì)算曲率延遲了那道紅色的激波出現(xiàn)。這就讓機(jī)翼上真正有升力的部分大面積增加，進(jìn)而提高了機(jī)翼效率。

回頭看“光輝”戰(zhàn)斗機(jī)，這是一個(gè)典型的超臨界機(jī)翼的運(yùn)用方式：

“光輝”的復(fù)合三角翼，其翼型設(shè)計(jì)就是超臨界理論的完美應(yīng)用：翼根與機(jī)身的面積律修形完美耦合，翼型剖面設(shè)計(jì)精密，旨在最大限度地推遲激波形成和阻力發(fā)散，從而在跨音速和高亞音速條件下保持卓越的效率和較低的阻力。

你看，“光輝”不僅滿足了面積律的苛刻要求，在機(jī)翼效率上也做到了教科書式的標(biāo)準(zhǔn)。

W君一向不吹不黑，說一個(gè)東西好，一定會(huì)給大家解釋清楚哪里好，說一個(gè)東西不好，也一定會(huì)給大家說到底哪里不好。你如果能耐著性子看到這里，你就至少知道了“面積律”和“超臨界機(jī)翼”兩個(gè)概念，并且還會(huì)有一個(gè)“唉？‘光輝’戰(zhàn)斗機(jī)這樣一看還是不錯(cuò)的嘛”的想法。

這其實(shí)就是W君想說的第一層意思：很多時(shí)候，對(duì)一架飛機(jī)的“好感”，并不是來自它的真實(shí)水平，而是來自你是否能看懂了它的設(shè)計(jì)邏輯。

當(dāng)你真正理解面積律、超臨界機(jī)翼、跨音阻力和激波位置這些概念之后，再回頭去看“光輝”，你就很難再用“丑”“怪”“低端”這些標(biāo)簽去評(píng)價(jià)它了。你看到的，就已經(jīng)不再是外形，而是一套完整、嚴(yán)謹(jǐn)且高度自洽的空氣動(dòng)力學(xué)邏輯。

所以，從這個(gè)意義上說，“光輝”是一個(gè)非常好的教材。它的價(jià)值，甚至未必在于作戰(zhàn)能力本身，而在于印度的航空設(shè)計(jì)師們把空氣動(dòng)力學(xué)中的很多“理想狀態(tài)”，非常誠實(shí)地、非常赤裸地呈現(xiàn)在你面前。

那你再看殲-20，你能看到什么？鴨翼布局、八個(gè)舵面、DSI進(jìn)氣道……其實(shí)殲-20上每個(gè)設(shè)計(jì)從經(jīng)典的空氣動(dòng)力學(xué)上來看都是“野路子”，并不存在于經(jīng)典的教科書上。甚至一度坊間笑談“推力不夠鴨翼來湊”……

“推力不夠鴨翼來湊”——這句坊間笑談，恰恰就是W君要說的，很多軍迷一輩子都跨不過去的另一道坎：如何看待設(shè)計(jì)中的“看似不完美”。

其實(shí)，印度就是我們的昨天。在說光輝之前，W君還在很久很久之前寫過一篇文章《前來填坑：為什么說殲-8II的氣動(dòng)設(shè)計(jì)在當(dāng)時(shí)無人能敵？》

在很長的一段摸索階段，我們也嚴(yán)格遵循著教科書的規(guī)范做事情，畢竟這樣不會(huì)錯(cuò)。有了看“光輝”的眼光，那么大家來看這架飛機(jī)：

沒錯(cuò)，這張圖上的飛機(jī)就是我們的殲-10C從一個(gè)最能體現(xiàn)這架飛機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)精髓的角度來看，你會(huì)發(fā)現(xiàn)在“光輝”上有的氣動(dòng)設(shè)計(jì)思路在咱們的殲-10C上也有，在“光輝”上沒有的氣動(dòng)思路其實(shí)在殲-10C上同樣不存在——兩者都是“嚴(yán)格服從跨音清潔解的飛機(jī)”。

也是為什么你從某些角度看殲-10C，會(huì)有一種“這個(gè)東西很純粹”的感覺。是因?yàn)椋核欠浅?biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)工程思維產(chǎn)物。當(dāng)然了，這玩意能打下印度的陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)，這一點(diǎn)咱們姑且不提。

那么為什么“光輝”這架氣動(dòng)設(shè)計(jì)如此成功的飛機(jī)反而不行呢？說句不客氣的話——“小鎮(zhèn)做題家”?！肮廨x”在氣動(dòng)這一門學(xué)科上幾乎把題做滿了分，但戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)從來就不是一門學(xué)科的考試，也不必要去追求滿分解。

原因之一是因?yàn)樵O(shè)計(jì)是要服從需求的，W君是特別支持“及格萬歲，多一分都是浪費(fèi)”的思路的；之二，人類對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)的探索和實(shí)踐太少了，其實(shí)滿分的答案在所有的空氣動(dòng)力學(xué)可能性面前和0分沒太大區(qū)別。

而且更殘酷的事實(shí)是——現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)的最優(yōu)解，早就不是“第一優(yōu)先級(jí)”了。這也是為什么在去年年底“殲-36”和“殲-50”亮相的時(shí)候W君就氣動(dòng)設(shè)計(jì)的問題說了一句“背典忘祖”的風(fēng)涼評(píng)價(jià)的原因了。

我們來看“光輝”犧牲了什么：

為了空氣動(dòng)力學(xué)嚴(yán)格遵守面積律導(dǎo)致了機(jī)身空間急劇收縮，結(jié)果是什么？機(jī)內(nèi)燃油不足，以至于航程受限；設(shè)備艙空間緊張，以至于雷達(dá)尺寸受限；管線通道擁擠，以至于維護(hù)難度增加；掛架位置受選型限制，以至于任務(wù)適配差……

“光輝”那些在氣動(dòng)曲線上“漂亮的一筆”，最后都會(huì)在工程上變成“難堪的一厘米”。優(yōu)秀的戰(zhàn)斗機(jī)不是“氣流最舒服的”，而是——在氣流、設(shè)備、人、彈藥、油料之間找到最能打仗的那個(gè)妥協(xié)點(diǎn)。而“光輝”沒有妥協(xié)，它更像在向老師證明：我算對(duì)了，可事情做的很SX……

那么今天倒數(shù)第二個(gè)話題——為什么“光輝”這么優(yōu)秀的學(xué)生活成了人人鄙夷的樣子？

說穿了，“光輝”真正的問題從來不在氣動(dòng)設(shè)計(jì)本身，而是在它被賦予的意義上。

印度人在一開始就把這個(gè)項(xiàng)目放進(jìn)了一個(gè)“神話敘事”的框架里：Tejas（光輝）、Arjun（阿瓊）、Vikrant（勝利者）……這些名字承擔(dān)的，不是型號(hào)識(shí)別的功能，而是一種民族情緒、文化投射和自我證明。它們本該是技術(shù)完成之后、被歷史驗(yàn)證之后的命名，卻被提前使用在一個(gè)尚未成熟的工程上。結(jié)果是，武器成了口號(hào)的載體，而工程成了信念的證明工具。

當(dāng)一件尚在摸索中的裝備被命名為“光輝”，它立刻就失去了最珍貴的東西——失敗的自由。所以這個(gè)項(xiàng)目坎坎坷坷的走了40多年。

從項(xiàng)目開始的那一刻起，設(shè)計(jì)目標(biāo)就不再只是解決技術(shù)問題，而多了一層心理負(fù)擔(dān)：不能錯(cuò)，不能改太多，不能偏離經(jīng)典，不能讓這個(gè)名字“失色”。于是，設(shè)計(jì)人員被迫在一個(gè)“看起來最正確、最安全、最標(biāo)準(zhǔn)”的路徑上越走越深，直到整機(jī)被困死在教科書的框架里。

這也是為什么，你會(huì)看到“光輝”在氣動(dòng)曲線上如此漂亮，卻在實(shí)際運(yùn)用起來如此難堪。

這不是設(shè)計(jì)能力的問題，而是優(yōu)先級(jí)的錯(cuò)位。簡單的說就是印度人“著相了”。

一架真正成熟的戰(zhàn)斗機(jī)，從來都不是“氣流最舒服的”，而是——在氣動(dòng)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、航程需求、任務(wù)載荷、維護(hù)便利性之間找到那個(gè)最有戰(zhàn)斗價(jià)值的平衡點(diǎn)。所謂“好看”的氣動(dòng)解，往往只是眾多約束中的一個(gè)維度，而不是全部。

而“光輝”選擇了極端忠于理論，卻很少為現(xiàn)實(shí)妥協(xié)。它更像是一道對(duì)老師負(fù)責(zé)的標(biāo)準(zhǔn)答案，而不是一件對(duì)戰(zhàn)場負(fù)責(zé)的武器。

反過來看殲-20，這一點(diǎn)就區(qū)別明顯。

“殲-20”這三個(gè)字，本身是高度去敘事化的。它沒有神話意味，沒有史詩包裝，沒有情緒預(yù)設(shè)。它只是一個(gè)武器型號(hào)，甚至威龍、黑絲帶這樣的名字其實(shí)都只是網(wǎng)友們的愛稱而已。這種極度冷靜的命名方式，其實(shí)給了設(shè)計(jì)者極大的自由度——可以推翻，可以修正，可以不斷試錯(cuò)，可以走非線性路徑。

于是你看到的“鴨翼布局”“DSI進(jìn)氣道”“多舵面配合”，在教科書里或許不是“標(biāo)準(zhǔn)答案”，但在現(xiàn)實(shí)條件下，卻是對(duì)隱身、升力、操控、發(fā)動(dòng)機(jī)推力、氣動(dòng)穩(wěn)定性等多重問題的綜合妥協(xié)結(jié)果。

這些設(shè)計(jì)之所以被稱為“野路子”，并不是因?yàn)樗鼈儾欢諝鈩?dòng)力學(xué)，正相反——是因?yàn)樗鼈兲耍圆鸥姨鰝鹘y(tǒng)路徑。

說到底，這不是聰明與否，也不是技術(shù)高低的問題，而是兩種完全不同的工程哲學(xué)：

一種是：先證明“我算對(duì)了”，再去嘗試“我能不能用得好”。

另一種是：先確認(rèn)“我能不能贏”，再倒推“我該怎么設(shè)計(jì)”。

前者造出來的是標(biāo)準(zhǔn)答案，后者造出來的是現(xiàn)實(shí)武器。

從這個(gè)意義上說，“光輝”之所以活成了今天這種評(píng)價(jià)，并不是機(jī)器的問題，而是它被強(qiáng)行背負(fù)了一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自身能力的“理想形象”。當(dāng)現(xiàn)實(shí)無法托起這個(gè)形象，墜落就已經(jīng)是注定的結(jié)果。

那么今天最后一個(gè)問題——?dú)?20到底是什么？其實(shí)雖然裝備了幾百架，但對(duì)于我們來說，依舊是技術(shù)層面上不斷探索不斷發(fā)展的實(shí)驗(yàn)性機(jī)型。

要不然，其后繼機(jī)型怎么會(huì)又完全不像殲-20了呢？

不念過往，不畏將來，自然也別站在原地居功自傲。

對(duì)于印度嘛，其實(shí)，說到底還是哲學(xué)——中國有句古話叫做“事以密成，言以泄敗”。

真正的強(qiáng)大，往往不以語言示人。而不是拿了一張PPT就賦予了過多的意義。

楊偉總師（想象中的回復(fù)）：“野路子？不，我們只是把下一版教科書，先飛到天上去了[憨笑]”