没有垂尾的战斗机

　　战斗机的垂尾不但要保证巡航和起降时飞机的方向安定与方向操纵，更要保证高机动飞行时的安定性与操纵性，是至关重要的部件。下图是同时装备中国人民解放军海军和空军的俄罗斯 Su-30MKK 战斗机，其两个竖立的垂尾是如此之巨大，以至于每个垂尾都有一个垂尾油箱容纳航空煤油：

　　类似俄罗斯 Su-30MKK 这样垂直竖立的巨型垂尾是隐身的噩梦。以 F-22 和 J-20 为代表的第五代战斗机采用了新形式的垂尾。F-22 把垂尾大幅度外倾从而达到隐身要求。J-20 更进一步，采用全动垂尾并在边条和前翼涡流的配合下大幅度地减小了垂尾的面积，更加有利于隐身。下面两图分别是美国的 F-22 和中国的 J-20：

　　那么将来接替 F-22、J-20 的下一代战斗机，它们的垂尾是什么样呢？我觉得下一代战斗机很可能没有垂尾。

　　第一种取消垂尾的方式是利用发动机的推力矢量控制飞机的方向安定性和方向操纵性。麦道公司在竞争 JSF 联合打击战斗机时就提出了这种方案。JSF 项目的结果就是现在的 F-35。下图是麦道的 JSF 方案，可以看出其平尾仅仅有非常小的上反角，可以说整个飞机没有垂尾：

　　下图是麦道 JSF 方案中的短距起飞垂直着陆型号，也可以看出整个飞机没有垂尾：

　　第二种取消垂尾的方式是综合利用发动机推力矢量、气动控制面、甚至从发动机压气机引气的方式实现方向控制。下图是一个战斗机方案的风洞试验模型，请注意其发动机喷口后面的两个操纵面：

　　发动机喷口后面的操纵面非常有利于飞机的雷达和红外隐身。这两个操纵面完全可以代替平尾的俯仰控制功能，并且能一定程度地代替垂尾的方向控制功能。

　　当进行俯仰控制时，这两个控制面具有很高的效率：它们同时向上或向下偏转，不但利用了发动机喷气，也利用了因为引射原理而由发动机喷气带动的、处于喷口周围的气流。

　　具体地说，当拉杆使飞机抬头时，这两个操纵面上偏，从而使部分发动机喷气折向上方，产生抬头力矩；当推杆使飞机低头时，这两个操纵面下偏，此时发动机喷气通过引射作用带动的较高速气流流经下偏的操纵面上表面，形成正升力，产生使飞机低头的力矩。因为发动机喷气及其引射作用的存在，这两个操纵面即使在低速时也有很好的操纵能力。

　　当进行方向操纵时，单侧操纵面偏转。因为操纵面的转轴与飞机中轴线的夹角小于 90 度，偏转单侧操纵面会产生侧向力，从而实现方向控制。当然，产生侧向力的同时，也产生了滚转和俯仰力矩，所以需要用其他操纵面配合来消除这些不需要的力矩。比如，主翼的副翼差动可以平衡这个不需要的滚转力矩、主翼的襟翼和这两个操纵面中另外一个的配合，可以平衡这个不需要的俯仰力矩。

　　下图是这个模型所代表的战斗机的一个想象图：

　　与这种操纵方式类似的一种方向操纵方法是 YF-23 的蝶形尾。蝶形尾也是既可以进行俯仰操纵也可以进行方向操纵。当进行方向操纵时，蝶形尾同样会产生不需要的俯仰和滚转力矩，需要其他操纵面配合来消除。YF-23 虽然更隐身更高速，却在竞争中输给了 YF-22，关键原因是这个蝶形尾加上没有推力矢量的发动机在机动性上不如拥有常规垂尾平尾外加推力矢量的 YF-22。下图是 YF-23：

　　发动机喷口后的这两个操纵面的偏航/俯仰/滚转耦合问题，在诸如巡航和小过载机动时可以依靠上面说的通过各种不同操纵面的配合来实现需要的力矩、平衡掉不需要的力矩。所以，这种在雷达和红外上非常隐身的操纵方式很适合不需要高机动的轰炸机、攻击机。下图是一种采用这种操纵方式的轰炸机/攻击机想象图，图中飞机使用了采用弹性蒙皮的变形机翼（Morphing Wing）：