1.5.2 实验结果及分析
1.后掠鸭翼纵向位置对气动特性的影响
由图1.18可以看出，与无鸭翼布局（1#）相比，后掠鸭式布局（2#、3#）的纵向气动特性有了明显的改善。最大升力系数分别提高了44.69%和35.45%，由此可见，鸭翼和主翼之间的气动力干扰与相互的耦合作用在全机的升力特性和稳定性方面做出了很大的贡献。
图1.18 后掠鸭翼布局纵向位置的升阻力特性和俯仰力矩曲线
（a）升力特性；（b）阻力特性；（c）俯仰力矩特性
但阻力特性表明：当α≤10°时，全机的阻力特性无明显增加，主要是虽然鸭翼-前掠翼布局使全机的浸润面积增大，使得飞行过程中摩擦阻力增大，但是主翼处在鸭翼的下洗区内，其所处区域的动压相比无下洗气流的无鸭布局来说相对较小，而且下洗气流可以削弱一部分迎风来流的强度，使主翼所承载的阻力有所降低，两者相互补偿，使阻力无明显增加。但是随着攻角增大，摩擦阻力越来越占据主导地位，这使得总阻力特性增大。并且从图1.18中可以推断出：鸭翼-前掠翼布局良好的升阻特性在很大程度上归因于翼身表面流态的改善。但是随着层流化技术［混合层流控制（HLFC）］的不断发展以及湍流减阻技术的进一步实用化，此类布局飞机的摩阻有望进一步减小。
在中小迎角范围内（α＜10°），鸭翼纵向位置（2#、3#）的改变对全机的纵向气动特性影响甚微，这主要是由于在中小迎角时，主翼、鸭翼自身的脱体涡还未形成，鸭翼位置越靠近主翼，鸭翼对主翼的下洗作用越强，主翼处的有效攻角越小，从而在小攻角范围内限制了主翼前缘脱体涡的发展，但是主翼对鸭翼的上洗作用得以增强，因此两者相互补偿使得全机的纵向气动特性没有发生太大变化。但是当迎角达到20°时，可以明显观察到近距鸭式布局（2#）主翼上表面产生了较强的集中涡及其卷扰形成的涡核。这主要是由于主翼本身上下翼面存在压差，下翼面气流有绕过前缘向上翼面流动的趋势，同时受到前方鸭翼涡产生的强下洗作用，使得主翼上表面发生气流分离形成自由涡层，这些离开物面的自由涡层在空中卷曲缠绕，形成稳定的集中涡，并且具有较高的轴向速度和周向速度，使主翼面上方的纵向和横向流动加速，负压增大，形成负的吸力峰值，因此能够提供可观的涡升力，并且在总的升力中占的比重较大，升力曲线出现非线性，变化明显。并且后掠鸭翼越靠近主翼，主翼对鸭翼的上洗作用越强，与下方的上绕气流共同作用，在鸭翼上方靠近内侧形成了二次涡，使得在升力特性上表现出了鸭翼的有利干扰，并且体现了鸭翼越靠近主翼，纵向气动特性越好的趋势。如图1.19所示。
图1.19 α=20°时2#和3#后掠鸭翼纵向位置垂直于涡轴截面的流线
（a）2#主翼；（b）2#鸭翼；（c）3#主翼；（d）3#鸭翼
2.后掠鸭翼上下位置对气动特性的影响
图1.20 后掠鸭翼布局上下位置的升阻力特性和俯仰力矩曲线
（a）升力特性；（b）阻力特性；（c）俯仰力矩特性
图1.21 后掠鸭翼翼尖切面在α=40°时2#上鸭翼和下鸭翼的速度矢量图
（a）2#上鸭翼；（b）2#下鸭翼
如图1.20和图1.21所示，在整个迎角研究范围内，上鸭翼组合布局的纵向气动特性均强于下鸭翼，这和张彬乾教授得出的趋势是一样的。这个其实从流态可以看出，在小迎角范围内，即α＜10°时，主翼、鸭翼均保持自身的常规流态，表面基本上无旋涡及破裂点出现，因而表现在全机的升阻特性上，没有发生大的变化，上下位置的变化对其影响甚微。在大迎角范围内，即α＞10°时，下鸭翼布局所产生的鸭翼前缘涡明显弱于上鸭翼，而且破裂较早，这使得鸭翼本身产生的涡升力贡献减小，而且对后上方主翼的影响也减弱，即下鸭翼所产生的鸭翼涡对主翼涡的控制力减弱，从而主翼涡变得极不稳定，气流较早分离，其自身提供的涡升力急剧下降。这时下洗作用却占据主导地位，随着鸭翼越靠近主翼，下鸭翼的下洗作用越强，主翼有效攻角越小，升力损失越大，因此，上鸭翼布局在整个攻角研究范围内均优于下鸭翼。而阻力特性虽与升力特性保持相同的变化趋势，但无明显增加，这主要是由于在大迎角飞行时，摩阻占据了主导地位。
3.前掠鸭翼纵向位置对气动特性的影响
从图1.22可以看出，与文献一样，即前掠鸭翼-前掠翼组合气动布局呈现出与后掠翼不同的气动特性。在整个攻角研究范围内，前掠鸭翼不像后掠鸭翼一样呈现出鸭翼越靠近主翼，纵向气动特性越好的趋势，而是像5#鸭翼位置一样（沿机身42%），有一个过渡布局，在此之前，呈现前掠鸭翼离主翼越远，纵向气动收益越好的趋势，如6#（沿机身17%）。之后，在前掠鸭翼与主翼近距耦合时，如4#（沿机身54%），气动收益又得以回升，收到最佳。
图1.22 前掠鸭翼布局纵向位置的升阻力特性和俯仰力矩曲线
（a）升力特性；（b）阻力特性；（c）俯仰力矩特性
这主要是由于前掠翼与后掠翼的展向流态呈相反趋势，即前掠翼具有独特的指向内翼的展向流动特点，也就是说，来自前方的气流主要集中影响主翼的内侧，而这恰好又是主翼流态最坏的根部分离区。在前掠鸭翼布局中，由于前掠鸭翼产生的前缘涡较早，因而破裂得也较早，因此自身提供的涡升力下降的同时，加速了鸭翼根部的气流分离，此时，鸭翼脱体涡对主翼的影响减弱。因此，在前掠翼布局中，鸭翼对主翼的下洗占据了主导作用，前掠翼越往后，对主翼的下洗作用越强，气动收益也就越差，但当前掠鸭翼过了“中立”位置之后，主翼对鸭翼的上洗作用又得以回升，使得主翼翼根更加“干净”，根部流态得以改善，因此在近距主翼位置又收获了较好的气动特性（如4#）。
如图1.23所示，当α=20°，4#（沿机身54%）、5#（沿机身42%）在主翼面都形成了自身的涡结构及涡核，并且4#的涡强度较强，涡心距翼表面较低，该涡几乎控制了60%以上半翼展的流动，增强了对主翼面流动的控制能力，而5#产生的涡强度也较强，但它的涡心距翼表面较高，这样对主翼流动的控制能力要弱于4#，并且越靠近主翼，鸭翼受主翼的上洗作用越强，因此鸭翼涡产生的强度也越强，两者共同作用贡献了很大的涡升力，升力特性良好。
图1.23 α=20°时4#和5#前掠鸭翼纵向位置垂直于涡轴截面的流线
（a）4#主翼；（b）4#鸭翼；（c）5#主翼；（d）5#鸭翼
4.前掠鸭翼上下位置对气动特性的影响
从图1.24和图1.25可以看出，前掠鸭翼布局又表现出与后掠鸭翼相反的情形。在达到一定攻角后，下鸭翼组合的气动特性要优于上鸭翼，这主要是由于前掠鸭翼与后掠鸭翼自身的流态特点所致。在前掠鸭翼布局中，鸭翼涡的提前产生和较早破裂，使得鸭翼脱体涡对主翼涡的控制力减弱，涡升力遭受较大损失，而下洗作用变成了鸭翼对主翼的有利干扰。下鸭翼对后方主翼的下洗作用明显强于上鸭翼，虽使主翼的有效攻角有所降低，但由于主翼翼根受鸭翼下洗气流的影响，翼根的流态得以改善，再加上主翼对下鸭翼的上洗作用也较强，二者相互作用，使得下鸭翼组合的气动特性优于上鸭翼组合。
图1.24 前掠鸭翼布局上下位置的升阻力特性和俯仰力矩曲线
（a）升力特性；（b）阻力特性；（c）俯仰力矩特性
图1.25 前掠鸭翼翼根切面在α=40°时4#上鸭翼和下鸭翼的速度矢量图
（a）4#上鸭翼；（b）4#下鸭翼
如图1.26和图1.27所示，主翼贡献了绝大部分升力和阻力特性，其次是机身，最后是鸭翼。具体的前掠后掠、上下位置布局的压力云图如图1.28所示。
图1.26 升力特性对比
图1.27 阻力特性对比
图1.28 α=40°时前掠机翼布局上表面的压力云图
（a）1#纵向位置；（b）4#纵向位置；（c）2#纵向位置；（d）4#前掠上鸭翼
图1.28 α=40°时前掠机翼布局上表面的压力云图（续）
（e）4#前掠下鸭翼；（f）2#后掠上鸭翼；（g）2#后掠下鸭翼