戰鬥機結構強度關鍵──機身和進氣道的融合

戰鬥機的外型設計主要都是以空氣動力學為首要考量，然而，除了飛機本身該有的安全結構強度、機體壽命之外，要在空戰中進行高G值機動、掛載各種重型對地對海武器，甚至在航空母艦上起降，都需要對機體結構有不同程度的加強。因此，飛機的外型設計會如何影響到它的結構強度，也是個很重要的議題。

機身與進氣道的融合方式，會對戰機的結構強度造成很大的影響。舉例來說，像法國Rafale戰機的進氣道就是和機身「完全融為一個整體」：它藉由兩側式進氣，且進氣口相較於機身較為下方的設計，配合前機身向內側彎曲凹陷的外型，使整個機身和進氣道形成「一整塊」，因此許多壁面的結構上可以共用、互相加強。

另一個進氣道和機身整合得不錯的例子是F-35。F-35採用DSI進氣道，如果把它的進氣口想成是一個簡單的四邊形，則四邊形中，靠近機身的那一邊，完全的與機身側壁整合在一起了，故不需要像類似幻象2000那樣，為了不吸入機身的邊界層氣流，將進氣道有點「向機身外側伸出」，使得二者的結構無法融為一體，且中間還要用額外的構造去加強。

F-35採用DSI進氣道，其內側不需要額外的隔板，用一個股包排除掉邊界層氣流即可，因此它的進氣道與機身可以更好的融為一體。（維基百科）

幻象2000戰機的進氣口和機身之間有隔開，避免其吸入機身的邊界層氣流。此圖也可注意到三角翼戰機的翼根與機身接合面較長、機翼較為粗短（展弦比低），有利於增加結構強度。（維基百科）

與前述相對的例子是Su-27系列的舉升體設計。它會將兩個進氣道置於機身下方並左右隔開，儘管這樣能讓機身產生更多升力（從前段機身到兩個進氣道之間的區域猶如「中間機翼」），氣動效果極佳，但從結構的角度來說，這就相當於讓兩個進氣艙獨立於機身、吊掛在機身下方，且讓機身更扁平，當機身受到升力所帶來的側向力（若從側視圖的視角來看飛機，則機身升力的作用點會在較靠前處）或阻力與推力所帶來的壓力時，自然不會像F-15、歐洲颱風戰機那樣「結實」，因此需要更多的材料（或強度更高的材料）去做機體內部結構的加強。

此外，還有一種常見的下腹式進氣，如F-16、歐洲颱風。下腹式進氣能讓戰機在高攻角時有很穩定的進氣效果，但當飛機降落時，如果形容的誇張一點，在主起落架「砸到地面上」之後，接下來就會換前起落架「砸到地面上」，而前起落架正上方就是空心的下腹式進氣道，也就是說，前起落架所承受的衝擊力負載將會直接傳給其上方呈中空結構的進氣道，很明顯的，進氣道此時就必須加厚，或者像F-16一樣加上一根支柱（歐洲颱風戰機則是有左右兩個發動機進氣道的隔板），才比較能夠長時間承受這樣的衝擊。

這也是為什麼我們看到艦載戰鬥機比較少使用下腹式進氣道的原因，因為艦載機著艦時的衝擊力就更大了。

除了前述機身與進氣道之外，機翼的設計也是一大重點。當飛機的升力作用在機翼上時，整個機翼是會被「向上彎折」的，而不同的翼剖面形狀與厚度、不同的展弦比（展弦比=平均翼弦長/翼展，可簡單理解為細長或粗短的機翼）、不同漸縮比（漸縮比=翼尖弦長／翼根弦長，可簡單理解為不同翼面形狀，如梯形翼、三角翼等）的機翼，抵抗彎矩的效果就會不同。

相較於F-16、F/A-18、Su-27系列所採用的梯形翼，幻象2000、颱風、Rafale所採用的三角翼設計在結構上較有優勢，其原因包括：較低的展弦比，也就是相對粗短的機翼，本來就更不易被機動時強大的升力所彎曲；此外，較低的漸縮比，使翼根弦長較長，與機身有了更長的接合面，更容易讓機身和機翼「牢牢地被固定在一起」。

較長的翼根弦長還會帶來另一個好處，就是讓機翼翼根的翼剖面在維持同樣低厚度比的情況下，有較大的絕對厚度，有助於提高結構強度，甚至擴充翼內油箱的空間。

採用下腹式進氣的F-16，在進氣口有一個加強結構用的細長支柱。（圖片：作者提供）

除了機翼本身之外，機翼下方的掛架通常會掛載各種武器，機翼內部的結構強度也會影響到掛架所能掛載的武器重量，以及在重掛載情況下戰機能夠執行幾個G值的機動。

不同戰機對結構強度的要求都有不同的拿捏。以對地對海打擊為主要任務的戰鬥轟炸機、戰鬥攻擊機，就需要掛載比較重的飛彈或炸彈，且在這樣的情況下還需要能夠進行一定程度G值的機動，這對結構強度就比較要求；然而對以空優任務為主的戰機來說，它只需要帶較輕的空對空飛彈即可，重點是整機的輕量化以提升飛行性能，因此就不需要像戰鬥轟炸機那樣過度的做結構的加強，以導致整機重量的提升。

現在的戰機都朝多功能化發展，比較少純粹的空優戰機或轟炸機，但著重的任務取向不同也會體現在設計上，比如歐洲颱風、F-15C、Su-27就比較偏向空優型，Rafale、F-15E、Su-30就比較偏向戰鬥轟炸型，就是一個很明顯的對比。

※作者畢業於成功大學航空太空工程學系，著有《戰鬥機設計與運作原理》