討論一下身材：J-20細長和F-22/F-35粗短
莊冬
我也不不太喜歡討論兵器，這主要是因為數據不足，還有兵器在不同人的手裏也是會有很不一樣的效果的。可是J-20實在是太誘人了，不由我不侃幾句。
前幾天有網友指出J-20的身材比較細長而F-22/F-35的身材比較粗短，我來拋磚引玉一下。
當然啦，說“細長”和“粗短”都是相對自身的“寬”度而言的，我也懶得查了，不過好像J-20和F-22/F-35的寬度確實是都差不多，還有俄國的T-50也差不多寬。所以，說這些“四代機”的身材的時候單單說長度就大概其夠了。
其實所謂“四代機”，雖然說是“隱身”，但是還是指正麵的隱身。因此，古人說兵器時的“一寸長，一寸強；一寸短，一寸險。”在這裏還是基本適用的，因為航程和載彈量基本上就等於打擊能力。特別是考慮到隱身機的縱深打擊能力是有戰略性的，飛進去那麽縱深就應該狠狠地釘一下而不是輕輕地叮一下。長度還有一個隱身方麵的好處就是給發動機多一點空間，因此幫助冷卻在一定程度上減小紅外特征。F-22/F-35的身材短了發動機噴氣口就要加一些擋板，所以F-22/F-35的那些擋板與其說是隱身（還有可能）倒不如說是不得已而為之啊。
說起隱身，我不得不說一下J-20的隱身是她的幾何形狀和材料的綜合結果，因為現在我們都知道了大家看到J-20的黑色不是塗料而是材料的原色。記得J-20的照片剛剛出現就有人認為J-20的鴨翼影響也就是降低她的隱身性。前幾天兵壇這裏也有網友指出J-20的鴨翼是用複合材料做的，因此即便鴨翼影響隱身性，J-20的鴨翼對隱身性的影響也是有限的。相比之下，F-22/F-35的隱身就是幾何形狀和塗料的綜合結果了。
還有就是速度，長了重了就需要相應大一點的推力。這個嘛，我們沒有數據也不好說什麽。
再就是所謂“空優”。關於這一點，F-22/F-35有矢量發動機，J-20有鴨翼和全動尾翼。說到“空優”就不得不說計算機控製飛行。
其實，這是我第二次說J-20了。沒辦法，我沒法抵擋J-20的誘惑力。我曾經寫過一個帖子《忍不住也猜猜中國的四代機》 說J-20，在那裏我提到了
“大家都知道三代機就已經是所謂“非穩定性”飛行（unstable flying）了，就是所謂的“Flying Wing”，這個大家可以搜一下網絡。因此由於人的觀察範圍太有限和反應也太慢，不同性質或程度的“非穩定性”飛行器都需要不同性質或程度的計算機控製飛行，比如說殲十就肯定有它自己的計算機控製係統。既然提到了控製，咱就難免不想起控製論的創始人錢學森。”
雖然絕大部分人沒有使用過計算機控製飛行飛機，但是很多人都使用過計算機控製駕駛汽車，比如說現在很多汽車都有的“anti-lock braking system （ABS）”（中文好像叫“防鎖死刹車係統”）就是一種計算機控製駕駛汽車。汽車使用計算機控製駕駛，比如 ABS，是因為我們一般人做不到少數人可以做到的高頻率的刹車動作。但是，“非穩定性”飛行使用計算機控製飛行就是必須的了，因為人的觀察範圍太有限和反應速度太慢。
要實現對一個“非穩定性”飛行器的有效的計算機控製飛行就必須有一套完整和真實的關於這個飛行器的飛行控製係統，首先是要有一個數學力學模型，然後要有相應的計算機係統（說“相應”主要是計算速度不能太慢），再就是計算機控製的實現，F-20就是發動機、各種 rudder （舵）、鴨翼和尾翼的一係列動作的實現，而對應的F-22/F-35就是矢量發動機和各種 rudder （舵）包括固定尾翼上的舵的一係列動作的實現。因此，三代機和四代機都需要相當強的計算機控製係統。所以，幾乎可以簡單地說它們是流體力學、動力、材料或控製的結合。當然，最後還要人機一體化才能形成設計的戰鬥力。
大家可以想象全動尾翼的動作對飛機的影響要比固定尾翼上的 rudder （舵）的動作大，因此描述全動尾翼的數學模型要比描述固定尾翼的舵的數學模型更細致如果不是更複雜或更難的話。
最簡單的數學力學模型就是一個點質量被一個力作用，或一個球被一個力作用。大家可以想象推一個球或推車等等我們中學物理課上做過的習題。因為J-20使用的不是矢量發動機，因此描述J-20的推力的數學模型就比較簡單。大家也可以想象矢量發動機噴氣的方向的變化對飛機的影響也非常大，因此控製F-22/F-35需要一個描述它們的矢量發動機噴氣方向變化的數學模型，而對應的控製J-20就不需要這個數學模型。
對不起，現在我才能扣題，我以為雖然使用矢量發動機毫無疑問是有很多好處的，但是也有一點問題，那就是戰鬥機的發動機都是在尾部，也就是尾部噴氣的。
大家想象一下一個簡單戰鬥機的推力的數學力學模型，無非是一個物體的尾部被施加推力，如果這個推力的方向跟這個物體的主軸一致也就是這個推力的方向不變，那麽這個模型就比較簡單，這就是F-20還有所有不用矢量發動機的飛機都是一樣。
那麽，F-22/F-35呢？還有所有使用矢量發動機的飛機，當然了，絕大多數情況下，使用矢量發動機的飛機的發動機推力方向是跟飛機的主軸一致的。但是，當使用矢量發動機的飛機需要矢量發動機的優越性的時候，矢量發動機的噴氣方向就要變化，也就是說在這個時候發動機推力方向是跟飛機的主軸是不一致的。
我再請大家從那個最簡單的數學力學模型一個點質量被一個力作用開始想起。對於一個點質量被一個力作用，無論這個力的方向如何變化，這個點質量就會隨著變化，這是最簡單的情況。
然後，如果我們想象這個點質量逐漸變長成為一個有長度的線段，那麽當作用在這個線段上的推力的方向是跟這個線段的方向是一致的，那就還是跟點質量的情況一樣沒有任何變化。
但是，如果，當作用在這個線段上的推力的方向開始變化了，也就是說不再跟這個線段的方向是一致的了，這時的情況會發生什麽變化呢？
我猜大家都可以想象：如果這個線段比較短，事情就比較簡單；如果這個線段比較長，事情就比較麻煩。
因此，我以為基本上可以下結論說：身材比較細長的飛機使用矢量發動機的好處不如身材比較粗短的飛機大。所以，使用矢量發動機的飛機宜短不宜長，甚至根本就對長度有限製。
很明顯，航程和載彈量基本上就等於打擊能力，特別是隱身戰機還有很強的戰略攻擊性，那麽，為什麽美國人要走“粗短”身材（比如F-22/F-35）而不是“細長”身材（比如T-50和J-20，二者都是全動尾翼）的路呢？
我猜這是因為“四代機”如果隻是靠各種 rudder （舵）控製的話，“空優”的效果就不夠。
因為美國人有各種各樣的發動機，也就是說根據發動機不是美國人考慮的問題，再加上我猜美國人也不應該有材料方麵和計算機方麵的問題，所以我猜美國人的問題是控製方麵的。
因此，我以為基本上可以下結論說：美國人在鴨翼和全動尾翼方麵的控製有問題。
因為控製問題是係統工程，而我猜美國人的計算機不應該有問題，我還猜美國人的材料和機械係統也不應該有問題，
所以我鬥膽猜美國人的問題也許可能大概恐怕是：鴨翼和全動尾翼的空氣動力學的數學力學模型方麵的。
結束這個帖子，下麵我抄幾段我的《忍不住也猜猜中國的四代機》 ：“
人類任何進步都是積累到飛躍的循環往複的過程。中國人在飛機製造上的積累遠遠不如美國是顯而易見的，而且還不僅如此，中國在現代工業的方方麵麵的經驗都遠遠不如美國。但是中國人相對於美國有什麽優越的地方呢？
咱以為是數學。大家請耐心聽咱慢慢道來。
當然了，研發先進戰機的人群是一個非常特殊的人群，咱沒法說中國的一定比美國的數學好。但是呢，一般說來，中國的工程師比美國的工程師的數學要好一些似乎是可以被人們認可的。實在不行了，退一萬步，咱還是可以說中國的孩子們比美國的孩子們的數學好。
想當年，中美關係正常化，要不就是改革開放初期，中國允許老美參觀中國的航天和核基地。當時中國的在這些基地工作的工程師們隻有幾台286什麽的，甚至很多計算都還在用手搖的計算機，總之是計算條件非常差。看到這些的老美說如果給美國工程師這樣的計算條件是發射不了衛星的。但是要發射衛星或設計原子彈所需要的各種數據還是必須計算的，計算條件差了就必須有好的計算方法才能得到需要的結果，而好的計算方法就是來自數學好的工程師和科學家。咱講這個故事的意思就是咱猜中國在計算方法上可能比美國有優越性，但是由於當年中國的計算條件比美國差，所以計算方法和技術條件加起來可能也還是不如美國。隻是現在中國的計算機也不比美國差太多了，中國人在計算方法方麵的優越性和現在的計算條件加起來就很可能比美國強了。中國人有句俗話叫“鳥槍換炮”了嘛。這裏還可以字麵上用水滸裏的一個詞叫做：“將強馬劣”。
順便說一句中國的航天之所以信心如此之足也是類似的情況。由於當年中國的工業條件太差，比如說材料等等等等，當年中國可以搞航天就有在其他方麵的長處來彌補一些短處。現在中國的工業條件好了，還比如說材料等等等等，那麽今天中國的航天怎麽能不信心十足呢？還是“將強馬劣”和“鳥槍換炮”了嘛。
當然了，僅僅是數學好還是遠遠不夠的，還需要對空氣動力學的了解，這裏麵包括積累和理論。對於設計先進戰鬥機來說，自然還需要其他條件，比如說強大的風洞等等等等。
說到積累就是各種風洞數據都必須自己做，一樣都不能少，因為這些數據是沒人會給你的，尤其是即便別人給了你，你也未必敢相信或敢用，還得自己實驗驗證。這就難免要提到已經故去多年的中國數學家華羅庚，他老人家當年就花過很多精力搞“優選法”。
由於先進戰機的各種動作和飛行條件是地麵無法模擬的，無論你的風洞有多麽強大。因此，設計先進戰機需要計算機上的數字的虛擬的模擬，而編寫這樣的程序就需要足夠的風洞數據和流體力學理論。這又是數學。
”
