可變矢量發動機是啥寶貝?為什麼能讓戰機像燕子一樣靈巧?

“哇,眼鏡蛇機動!”“擦,落葉飄!”

珠海航空展上,殲-10B以一連串驚險特技飛行驚爆全場,中國戰機性能如此優秀,讓無數軍迷驕傲自豪!

可變矢量發動機是啥寶貝?為什麼能讓戰機像燕子一樣靈巧?


驚豔的背後,有矢量發動機的一份功勞。它為戰機插上新翅膀,讓戰機像燕子一樣靈巧飛行。傳統噴氣戰鬥機,除非擁有SU-27那樣優異的氣動,否則想完成“眼鏡蛇機動”、“落葉飄”、“J-Turn”這種超級機動是非常困難的。

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這樣的大機動飛機會進入低速大迎角狀態,極不穩定,需要非常優秀的操控才能維持平衡,一不小心就會失速,甚至尾旋墜毀。

矢量發動機解決了這個問題。傳統發動機噴口不能偏轉,加裝了矢量噴口後,噴流可向不同方向調整,從而使飛機獲得超機動能力。

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失速螺旋特技動作

矢量控制這個東東來自於導彈,已經用了很長時間了,從老祖宗v2飛彈就有。它的矢量控制裝置叫燃氣舵。

與露在表面的空氣舵不同,燃氣舵通常隱藏在尾噴口附近或裡面。它是一種特殊的控制舵面,簡單可靠,效率很高。

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v2飛彈的燃氣舵

導彈剛發射時速度低,又不像飛機那樣助跑,空氣舵效率很低用不上。燃氣舵能迅速調整姿態,等導彈進入高速後,空氣舵再接管工作。火箭發動機停止工作後,燃氣舵也就退居二線了。

後來又發展為可控噴管,沿發動機軸線擺動或轉動,控制推力方向,在運載火箭和彈道導彈領域廣泛應用。

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這種技術移植到噴氣戰機上,可變矢量發動機就登場了。

普通噴氣發動機尾噴口只管朝後噴,至於滾轉、偏航、俯仰什麼的,那是操縱舵面的事。大家各幹各的,分工也挺合理,但戰鬥機要打架啊,不能像民航機那樣四平八穩。它要超機動,時不時來個眼鏡蛇、落葉飄啥的。

可一進入低速大迎角狀態,操縱舵面往往無法提供足夠的控制力距,超過一定程度,可怕的失速就出現了。

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操縱舵面不給力怎麼辦?嗯,那就學導彈用矢量噴口吧。矢量噴口圍繞飛機重心產生力矩,就算超過迎角失速也能配平,極大的提高了戰機的格鬥性能。

當年美德聯合研製擾流片推力矢量技術的X-31驗證機,曾在1993年與F/A-18“大黃蜂”戰鬥機進行一系列對毆

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X-31

當X-31不用矢量發動機時,F/A-18在16次空戰中贏了12次,優勢盡顯。

一旦X-31啟動矢量推進,64次空戰中贏了62次!足足1:32啊,可見矢量推進真是個寶貝。

按說這技術在導彈上用了幾十年,挪到飛機上應該也不難,可實際上相去甚遠。導彈火箭是一次性產品,用完即扔,所以噴口質量要求還不算太高。可戰鬥機不一樣,飛一次扔一次的噴口誰家也用不起啊,所以耐用性成了繞不過去的大關口。

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矢量噴口的工作環境極其惡劣,溫度高達2000多攝氏度,超音速、大推力噴流能在數秒內融化幾釐米厚的鋼板,沒有一副好身板是絕對承受不住的。另外,熱脹冷縮下系統的可靠性也是一個大問題。

正因為標準太高,所以只有極少數國家能製造,俄羅斯有AL系列,美國有JSF系列。我們呢?當然也有,看看殲10B漂亮的眼鏡蛇機動就知道啦。

矢量噴口經歷了三種類型:

1、矢量舵片,在噴口外附加擾流板控制噴流方向,這是早期的技術,已經不再發展了。

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已經死翹翹的日本五代機“心神”就是用的擾流板

2、二元矢量噴口,舵面上下動,左右不動。美國F22戰鬥機就是這種噴口。

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3、多元矢量噴口,也稱軸對稱。噴口360度轉向,比二元矢量先進,可靠性差些。俄羅斯的矢量發動機就是這種噴口。 和風漫談原創,禁止抄襲。

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4、噴流技術。總搞噴口也不行,這玩意增加重量,損耗推力啊。換個方式,搞搞噴流吧。如果將一股大噴流分解為多股小噴流,然後控制各噴流的強度,豈不更好?這是未來發展的方向,在無人機上已經得到驗證。

矢量噴口自英國、蘇聯興起,起初原因是航母不給力,所以研製短距垂直起降艦載機。英國搞出了“鷂”式,蘇聯弄出了Yak-36,後來發展出Yak-36、Yak-141等著名機型。

可變矢量發動機是啥寶貝?為什麼能讓戰機像燕子一樣靈巧?


“鷂”式戰鬥機

矢量噴口也有缺點,它損耗推力,所以要求發動機有更大的輸出,這無形中又增加了研製難度。

但再難也得幹,因為矢量噴口不僅有利於機動,還能減少操縱面的數量和麵積!這對降低飛機重量,提高隱身性大有好處。F-22選拔時,國防部要求參選飛機必須有矢量噴口,否則根本不準入圍。

可變矢量發動機是啥寶貝?為什麼能讓戰機像燕子一樣靈巧?


Yak-141

正因為可變矢量發動機有這麼多好處,所以小夥伴們看到殲10B矯健的身影才會歡呼雀躍。歷經千辛萬苦,我們的發動機終於騰飛啦!中國加油!


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