讨论一下身材：J-20细长和F-22/F-35粗短
庄冬
我也不不太喜欢讨论兵器，这主要是因为数据不足，还有兵器在不同人的手里也是会有很不一样的效果的。可是J-20实在是太诱人了，不由我不侃几句。
前几天有网友指出J-20的身材比较细长而F-22/F-35的身材比较粗短，我来抛砖引玉一下。
当然啦，说“细长”和“粗短”都是相对自身的“宽”度而言的，我也懒得查了，不过好像J-20和F-22/F-35的宽度确实是都差不多，还有俄国的T-50也差不多宽。所以，说这些“四代机”的身材的时候单单说长度就大概其够了。
其实所谓“四代机”，虽然说是“隐身”，但是还是指正面的隐身。因此，古人说兵器时的“一寸长，一寸强；一寸短，一寸险。”在这里还是基本适用的，因为航程和载弹量基本上就等于打击能力。特别是考虑到隐身机的纵深打击能力是有战略性的，飞进去那么纵深就应该狠狠地钉一下而不是轻轻地叮一下。长度还有一个隐身方面的好处就是给发动机多一点空间，因此帮助冷却在一定程度上减小红外特征。F-22/F-35的身材短了发动机喷气口就要加一些挡板，所以F-22/F-35的那些挡板与其说是隐身（还有可能）倒不如说是不得已而为之啊。
说起隐身，我不得不说一下J-20的隐身是她的几何形状和材料的综合结果，因为现在我们都知道了大家看到J-20的黑色不是涂料而是材料的原色。记得J-20的照片刚刚出现就有人认为J-20的鸭翼影响也就是降低她的隐身性。前几天兵坛这里也有网友指出J-20的鸭翼是用复合材料做的，因此即便鸭翼影响隐身性，J-20的鸭翼对隐身性的影响也是有限的。相比之下，F-22/F-35的隐身就是几何形状和涂料的综合结果了。
还有就是速度，长了重了就需要相应大一点的推力。这个嘛，我们没有数据也不好说什么。
再就是所谓“空优”。关于这一点，F-22/F-35有矢量发动机，J-20有鸭翼和全动尾翼。说到“空优”就不得不说计算机控制飞行。
其实，这是我第二次说J-20了。没办法，我没法抵挡J-20的诱惑力。我曾经写过一个帖子《忍不住也猜猜中国的四代机》 说J-20，在那里我提到了
“大家都知道三代机就已经是所谓“非稳定性”飞行（unstable flying）了，就是所谓的“Flying Wing”，这个大家可以搜一下网络。因此由于人的观察范围太有限和反应也太慢，不同性质或程度的“非稳定性”飞行器都需要不同性质或程度的计算机控制飞行，比如说歼十就肯定有它自己的计算机控制系统。既然提到了控制，咱就难免不想起控制论的创始人钱学森。”
虽然绝大部分人没有使用过计算机控制飞行飞机，但是很多人都使用过计算机控制驾驶汽车，比如说现在很多汽车都有的“anti-lock braking system （ABS）”（中文好像叫“防锁死刹车系统”）就是一种计算机控制驾驶汽车。汽车使用计算机控制驾驶，比如 ABS，是因为我们一般人做不到少数人可以做到的高频率的刹车动作。但是，“非稳定性”飞行使用计算机控制飞行就是必须的了，因为人的观察范围太有限和反应速度太慢。
要实现对一个“非稳定性”飞行器的有效的计算机控制飞行就必须有一套完整和真实的关于这个飞行器的飞行控制系统，首先是要有一个数学力学模型，然后要有相应的计算机系统（说“相应”主要是计算速度不能太慢），再就是计算机控制的实现，F-20就是发动机、各种 rudder （舵）、鸭翼和尾翼的一系列动作的实现，而对应的F-22/F-35就是矢量发动机和各种 rudder （舵）包括固定尾翼上的舵的一系列动作的实现。因此，三代机和四代机都需要相当强的计算机控制系统。所以，几乎可以简单地说它们是流体力学、动力、材料或控制的结合。当然，最后还要人机一体化才能形成设计的战斗力。
大家可以想象全动尾翼的动作对飞机的影响要比固定尾翼上的 rudder （舵）的动作大，因此描述全动尾翼的数学模型要比描述固定尾翼的舵的数学模型更细致如果不是更复杂或更难的话。
最简单的数学力学模型就是一个点质量被一个力作用，或一个球被一个力作用。大家可以想象推一个球或推车等等我们中学物理课上做过的习题。因为J-20使用的不是矢量发动机，因此描述J-20的推力的数学模型就比较简单。大家也可以想象矢量发动机喷气的方向的变化对飞机的影响也非常大，因此控制F-22/F-35需要一个描述它们的矢量发动机喷气方向变化的数学模型，而对应的控制J-20就不需要这个数学模型。
对不起，现在我才能扣题，我以为虽然使用矢量发动机毫无疑问是有很多好处的，但是也有一点问题，那就是战斗机的发动机都是在尾部，也就是尾部喷气的。
大家想象一下一个简单战斗机的推力的数学力学模型，无非是一个物体的尾部被施加推力，如果这个推力的方向跟这个物体的主轴一致也就是这个推力的方向不变，那么这个模型就比较简单，这就是F-20还有所有不用矢量发动机的飞机都是一样。
那么，F-22/F-35呢？还有所有使用矢量发动机的飞机，当然了，绝大多数情况下，使用矢量发动机的飞机的发动机推力方向是跟飞机的主轴一致的。但是，当使用矢量发动机的飞机需要矢量发动机的优越性的时候，矢量发动机的喷气方向就要变化，也就是说在这个时候发动机推力方向是跟飞机的主轴是不一致的。
我再请大家从那个最简单的数学力学模型一个点质量被一个力作用开始想起。对于一个点质量被一个力作用，无论这个力的方向如何变化，这个点质量就会随着变化，这是最简单的情况。
然后，如果我们想象这个点质量逐渐变长成为一个有长度的线段，那么当作用在这个线段上的推力的方向是跟这个线段的方向是一致的，那就还是跟点质量的情况一样没有任何变化。
但是，如果，当作用在这个线段上的推力的方向开始变化了，也就是说不再跟这个线段的方向是一致的了，这时的情况会发生什么变化呢？
我猜大家都可以想象：如果这个线段比较短，事情就比较简单；如果这个线段比较长，事情就比较麻烦。
因此，我以为基本上可以下结论说：身材比较细长的飞机使用矢量发动机的好处不如身材比较粗短的飞机大。所以，使用矢量发动机的飞机宜短不宜长，甚至根本就对长度有限制。
很明显，航程和载弹量基本上就等于打击能力，特别是隐身战机还有很强的战略攻击性，那么，为什么美国人要走“粗短”身材（比如F-22/F-35）而不是“细长”身材（比如T-50和J-20，二者都是全动尾翼）的路呢？
我猜这是因为“四代机”如果只是靠各种 rudder （舵）控制的话，“空优”的效果就不够。
因为美国人有各种各样的发动机，也就是说根据发动机不是美国人考虑的问题，再加上我猜美国人也不应该有材料方面和计算机方面的问题，所以我猜美国人的问题是控制方面的。
因此，我以为基本上可以下结论说：美国人在鸭翼和全动尾翼方面的控制有问题。
因为控制问题是系统工程，而我猜美国人的计算机不应该有问题，我还猜美国人的材料和机械系统也不应该有问题，
所以我斗胆猜美国人的问题也许可能大概恐怕是：鸭翼和全动尾翼的空气动力学的数学力学模型方面的。
结束这个帖子，下面我抄几段我的《忍不住也猜猜中国的四代机》 ：“
人类任何进步都是积累到飞跃的循环往复的过程。中国人在飞机制造上的积累远远不如美国是显而易见的，而且还不仅如此，中国在现代工业的方方面面的经验都远远不如美国。但是中国人相对于美国有什么优越的地方呢？
咱以为是数学。大家请耐心听咱慢慢道来。
当然了，研发先进战机的人群是一个非常特殊的人群，咱没法说中国的一定比美国的数学好。但是呢，一般说来，中国的工程师比美国的工程师的数学要好一些似乎是可以被人们认可的。实在不行了，退一万步，咱还是可以说中国的孩子们比美国的孩子们的数学好。
想当年，中美关系正常化，要不就是改革开放初期，中国允许老美参观中国的航天和核基地。当时中国的在这些基地工作的工程师们只有几台286什么的，甚至很多计算都还在用手摇的计算机，总之是计算条件非常差。看到这些的老美说如果给美国工程师这样的计算条件是发射不了卫星的。但是要发射卫星或设计原子弹所需要的各种数据还是必须计算的，计算条件差了就必须有好的计算方法才能得到需要的结果，而好的计算方法就是来自数学好的工程师和科学家。咱讲这个故事的意思就是咱猜中国在计算方法上可能比美国有优越性，但是由于当年中国的计算条件比美国差，所以计算方法和技术条件加起来可能也还是不如美国。只是现在中国的计算机也不比美国差太多了，中国人在计算方法方面的优越性和现在的计算条件加起来就很可能比美国强了。中国人有句俗话叫“鸟枪换炮”了嘛。这里还可以字面上用水浒里的一个词叫做：“将强马劣”。
顺便说一句中国的航天之所以信心如此之足也是类似的情况。由于当年中国的工业条件太差，比如说材料等等等等，当年中国可以搞航天就有在其他方面的长处来弥补一些短处。现在中国的工业条件好了，还比如说材料等等等等，那么今天中国的航天怎么能不信心十足呢？还是“将强马劣”和“鸟枪换炮”了嘛。
当然了，仅仅是数学好还是远远不够的，还需要对空气动力学的了解，这里面包括积累和理论。对于设计先进战斗机来说，自然还需要其他条件，比如说强大的风洞等等等等。
说到积累就是各种风洞数据都必须自己做，一样都不能少，因为这些数据是没人会给你的，尤其是即便别人给了你，你也未必敢相信或敢用，还得自己实验验证。这就难免要提到已经故去多年的中国数学家华罗庚，他老人家当年就花过很多精力搞“优选法”。
由于先进战机的各种动作和飞行条件是地面无法模拟的，无论你的风洞有多么强大。因此，设计先进战机需要计算机上的数字的虚拟的模拟，而编写这样的程序就需要足够的风洞数据和流体力学理论。这又是数学。
”
