什麼是矢量發動機?

愛掙小錢錢的兔子


矢量發動機的概念:矢量發動機,是噴口可以向不同方向偏轉以產生不同方向的推力的一種發動機。這是最簡單的定義。

通過尾噴管偏轉,利用發動機產生的推力,獲得附加的控制力矩,實現飛機的姿態變化控制。



還要糾正一些非常普遍的誤區,那就是矢量噴口發動機並不能獲得額外推力,只是把經過發動機壓縮和燃燒的高溫高速混合氣體通過可以偏轉的尾噴口改變方向,就像你把一段橡膠水管接在水龍頭上,然後擰開水龍頭,水流的大小不會因為你控制的橡膠管的擺動方向而增大。

理論上同樣功率的發動機運用了矢量技術,還以損失一部分推力,這就提高了矢量發動機的製造門檻,那就是你需要在保證可以偏轉噴口損失推力的情況下用整體更高的出力來彌補這種損失。



另外,矢量發動機之所以推力比較大,是因為尾噴口在偏轉的時候,會消耗一部分高溫高速燃氣的能量,造成發動機實際推力比理論數值低一些,如果發動機本身的推力就不大,那損失的推力就會影響到戰機整體的推重比,強行使用適量尾噴口的話會得不償失。


目前四種矢量技術在渦扇航空發動機上之應用:

一.是擾流矢量舵片技術,美國、歐洲、俄羅斯、日本都有型號,原理和燃氣舵相類,不過這個舵片是不可分化的;這個最簡單,對發動機要求也低,對輕型飛機的機動性能提高的多,起點低。



二.是二元矢量噴口,這個力只能垂直在飛機的飛行線路上,無論怎麼飛,這個力只能是垂直作用的,比如美國人的是四片,但是左右兩側是死的,能動的就是上下,飛機平飛,則力可以上下作用,需要飛機側飛時,才能有所謂的“左右擺動”。



三.是多元矢量噴口,也是軸對稱技術,二元矢量比擾流矢量舵片要先進,但是還是在垂直襬動的水平,對飛行器的調控性能有限,所以從敏捷格鬥導彈上開始出現了所謂“360度”噴口的研究(這個開始主要為垂直髮射的防空導彈,快速變向,更好的降低因為爬升而損失的時間及燃料,從而降低導彈的重量並增加攔截效率),後來因為結構重量等問題,反而在飛機這類大型飛行器上得到了應用,此技術應用最典型的就是前蘇聯。




四.是噴流技術,這是今後研究的大方向,現在發動機都是從飛機屁股往後面噴氣,今後可能是從飛機的後半球N個小噴氣孔協調的盆子,極大的減少了飛機的飛行氣動力控制平面的數量,很好的促進了翼身融合。目前在無人機上已經得到了很好的驗證。


罐頭餅乾


眾所周知,在物理學上將“有大小和方向的量稱為矢量”。而矢量發動機也就是“尾噴管可以轉動,以實現推力方向的改變”。矢量發動機有“二維的”和“全向的”,二維矢量噴管具有隱身性能好,結構簡單的優點,但推力損失較大。全向矢量噴管具有推力損失小的優點,但也有不利於隱身,以及結構複雜的缺點。目前來說,美國既有二維的也有全向的,俄羅斯和美國一樣,而我國只有全向的。



矢量發動機不單單是在常規發動機尾噴管後面加了個矢量噴管,而是要涉及控制系統,作動結構的壽命和耐高溫性能,密封件的耐高溫性能。說白了,矢量發動機就事考驗一個國家的材料技術和航空工業飛控系統的水平。


而矢量發動機的研發難點主要在:矢量噴管所用的材料和冷卻方式,矢量噴管作動機構的壽命和可靠性,矢量噴管與發動機控制系統的配合。增加矢量噴管之後引起的增重,以及喉道面積變化導致發動機工作點偏移。如何在推力變向時,減小發動機所受的彎曲應力。由此可知,失量發動機的研發難點有多大。這也就是可以研發發動機的國家少,而能夠研發真正矢量發動機的國家更少。

首先來說,矢量噴管的壽命和可靠性是極為重要的。

矢量噴管的可靠性和壽命就是由液壓作動筒和所用材料決定的,由於發動機尾噴管處的溫度極高,非加力時溫度大概在550度—850度,加力時溫度高達1500度。所以對尾噴管所用材料的耐高溫性能要求極為嚴苛,一般而言,尾噴管使用鎳或者鈦合金製造。為了高溫減小對尾噴管外部原件的影響,還要對尾噴管進行隔熱處理。隔熱的辦法主要有兩種,第一:在尾噴管外佈設通風氣流,第二:在尾噴管壁上加裝隔熱毯。此外,液壓作動筒的壽命和密封也有較大的關係。

美國F119發動機的二維矢量噴管和F135發動機的全向矢量噴管已經在F22和F35戰鬥機上使用了。在使用二維矢量噴管後,F119發動機推力就會損失。但奈何,F119發動機的推力較大,損失點推力也無關緊要。而F35選擇了全向矢量的F135發動機,主要是因為F35戰鬥機是一機多用。還要滿足F35B的垂直起降能力,只能選擇偏轉範圍較大的全向矢量噴管了。事實上,美國在矢量噴管的應用和研究上,早就走在了世界前列。而俄羅斯則緊隨其後,在蘇35S,蘇30MKI,蘇30SM,蘇57上應用了全向矢量噴管。其實俄羅斯也對二維矢量噴管有研究,曾經在蘇27戰鬥機上實驗過。不過最終被俄羅斯放棄了,主要研發全向矢量噴管。


而我國的矢量噴管已經在殲-10B上驗證過了,但在可靠性和壽命上與美俄還有差距。(圖片來自網絡)


江山何沉


前幾天的珠海航展上,展示了我國的新一代大殺器——殲-10B矢量版。

所謂「矢量版」,指的就是使用了矢量發動機的版本。上圖就是這次加裝了矢量推進的殲-10B戰鬥機。

所謂矢量發動機,意思就是尾噴口可以改變方向的發動機,就像箭一樣,可以指向某個方向。文言中,箭也叫「矢」,故矢量在現在意為一個有方向的量。放在「矢量發動機」這個語境下,意思就很明瞭了。

矢量發動機有多厲害呢?如果你去搜索一下這次航展中,殲-10B的飛行視頻,你就理解了。之前飛不了的動作,現在能飛了,而且還不用擔心失速、失控——因為矢量發動機會大大提高控制力。

其實矢量發動機在很多導彈、火箭上早有應用。只是由於矢量噴口會損失推力,所以在我國發動機不是很強的時候,沒法安裝矢量噴口。現在殲-10B上了矢量噴口,恐怕也說明我們的航空發動機有了可喜的進展。


章彥博


你好,我是迷彩派,我來回答這個問題。

矢量發動機其實從類別上分,可以分為航空矢量發動機和航天矢量發動機,日常生活中我們說的“矢量發動機”大多數是指航空矢量發動機。

對於航空發動機來說,傳統習慣認為噴氣發動機只能提供向前的推力,飛機的機動性和操縱性所需要的力矩要用飛機的氣動舵面來提供,所以飛機受到通常所說的失速極限的限制。推力矢量技術的出現,從根本上改變了人們上述的觀點。推力矢量噴管可具有操縱飛機的偏航、俯仰、橫滾等能力,甚至可越過通常所說的失速極限操縱飛機。推力矢量噴管這一劃時代的高新技術為航空技術帶來了又一次革命,使飛機的性能有大幅度的提高。具體表現在:提高飛機的機動性和敏捷性,甚至過失速狀態的機動能力;減少飛機的氣動舵面,減小尾翼,甚至成為無尾飛機,從而減少阻力,減輕重量;減少紅外輻射,增加隱身能力;增加了短距起落能力;提高了生存能力和戰鬥能力。

圖:俄羅斯117S發動機側視圖

設計工作離不開試驗驗證,像推力矢量噴管這樣的高新技術,更需要進行大量的試驗驗證工作,其中包括模型試驗、全臺試驗、地面驗證試驗和飛行試驗等。

國外開展推力矢量噴管技術的研究較早,其中美國、前蘇聯處於領先地位,此外西班牙、法國、以色列、德國、英國、瑞典等國也開展了一些研究工作。中國開展推力矢量噴管技術的研究也很早,但離實用化還有一段路要走。


迷彩派軍事


矢量發動機具體是指航空發動機的噴口可以不同方向偏轉,產生不同方向的推力,讓飛機更靈活,各種機動指標就更強了,特別是在狗斗的時候,能夠更快的佔據攻擊位置,快速的轉向咬住敵人,這些都是非常重要的。

傳統的發動機的推力只能朝著發動機軸心方向,所有的操作都得靠飛行員的技術,在和敵人狗鬥時,狂拉駕駛杆進行大機動,對於一些新手 飛行員拉過頭了,超出飛機的極限,別說還想去狗鬥,先自己將飛機調整過來,別人的導彈也快到了。矢量發動機就簡單多了,可以利用尾噴口的偏轉,獲得飛機的附加力矩,實現飛機的姿態變化控制。矢量發動機可以保證在飛機技術、大攻角機動飛行時,利用發動機噴口偏轉獲得額外的矢量力矩控制飛機更大角度機動,甚至能在超控杆拉過頭時更快調整回來,這在空戰中取得先手優勢是非常有利的。

在很多人看來,航空發動機的矢量技術不就是發動機扭一扭、轉一轉而已,研發有這麼難?難在哪裡?

矢量發動機是許多國家渴望得到的技術,但是能研發成功實在少之又少,目前只有中 美 俄以及歐洲少數國傢俱備開發能力,其他國家都是望而興嘆,這也就說明這項技術的難度。

推力矢量發動機技術首先就是增加重量,而且是整個發動機重量的10%以上,這樣的重量增加只能通過其他方面來解決,而且讓戰鬥機整個重心向後移,這對戰鬥機的結構和佈局上需要做一定的改進。

其次就是發動機偏轉口位置結構複雜,荷載複雜,對材料性能要求非常高很多。

第三也是最難的,發動機偏轉口結構複雜性造成控制的複雜性。飛行員去操作的時候不可能還要去操作尾噴口的狀態,他在操作飛機時,比如向上、向下、向左、向右、大角度滾轉,飛行員操作杆的動作指令直接傳達的計算機,有計算機計算通過飛控系統下發指令給發動機尾噴口做調整,整個動作全是自動的。尾噴口結構這麼複雜,那麼發動機尾噴口的控制能力一點不能出差錯,一出錯飛機就無法控制,這應該是最大的難點。

矢量發動機突破天際?遇到空空導彈怎樣呢?

矢量發動機確實讓戰鬥機的機動性高處了一大截,但是碰上空空導彈那也得認慫。未來空戰,再優秀的戰鬥機如果被空戰導彈給鎖定了,那都得認慫。戰鬥機機動性再強,也不可能強國導彈。比如美國裝備AIM-9X空對空導彈,同樣使用了非常先進的矢量控制系統,飛行員在頭盔瞄準器的輔助下,根本就不需要過多的調整飛機的方向,直接使用大離軸角發射,飛行員只要能看到目標就能發射導彈,用AIM-9X自己進行大過載機動,去跟蹤、鎖定、去攻擊目標。這樣的技術被普及後,戰鬥機生存能力更加堪憂,因此隱身性能並結合一些其他防禦手段,提高攻擊性能才是未來戰機最重要的方向!


狼煙火燎


矢量發動機大家應該聽得多了,尤其是在五代機上面,大推力的矢量發動機是必不可少的一環,那麼什麼是矢量發動機呢?最簡單的定義就是噴口可以往不同的方向轉動從而產生不同方向推力的一種發動機,即發動機推力的方向是可控的而不是固定的,其實學過中學物理的從名字中也可以大概知道這是怎樣的發動機了,因為矢量就是由大小和方向定義的一種物理量(對應標量是隻有大小沒有方向的)。

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矢量發動機對飛機的機動性可以起到很好的附加作用,通過控制發動機尾管的偏轉,就能獲得不同方向的推力與附加力矩,從而實現飛機的各種機動動作,但是大家要注意,矢量噴口的存在並不能使得發動機獲得額外的推力,作用僅僅是改變高溫高壓噴氣的方向。

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至於矢量發動機的推力比(推力比數值越大,則發動機的性能越好)

大於普通發動機,那是因為矢量噴口的轉動會損失一部分噴氣能量,使得發動機的推力低於理論數值,而為了彌補這一部分損失的推力,就必須在保證矢量噴口在可以損失推力的情況下發動機整體給予更大輸出功率,獲得更大推力,所以這也是為什麼矢量發動機的製造門檻那麼高的原因之一!

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對於普通發動機來講,矢量發動機能給戰鬥機帶來更好的機動性

比如短距離起降和狗鬥時的敏捷性,這個想必不用我多說了,另一個重要的優勢就是可以減重和增推,因為一般發動機的功率遠大,其體積和重量也相對會更大,那麼對整個飛機的控制以及氣動佈局都會有影響,使得飛機的整體重量也更大,但是矢量發動機可以解決這個問題,因為矢量發動機能在輸出相同推力的同時,讓飛機整體擁有較小的結構重量(不是發動機輕了,而是飛機整體都減重了),即矢量噴口其實就相當於替代了飛機一部分的控制功能,所以整個機體在機動控制方面的設計數量和麵積就可以相應減少,從而使飛機整體重量減小!

最後一點就是隱身性能,前面也說了,矢量發動機可以有效減少飛機整體飛控面積的設計,而飛機的隱身性能絕大部分又體現在氣動佈局上,而不是大家以為的隱身塗料上,所以,減少飛控面積其實就相當於變相的提高了隱身性,因為反射的雷達波也相應減少。最後說一句,矢量發動機可以說是人類科技之大成,目前只有美俄才徹底掌握了製造方法!


哨兵ZH


我是軍林縱橫!

眾所周知,航空發動機是一種高度複雜和精密的熱力機械,為航空器提供飛行所需動力的發動機。作為飛機的心臟,被譽為“工業之花”,它直接影響飛機的性能、可靠性及經濟性,是一個國家科技、工業和國防實力的重要體現。目前,世界上能夠獨立研製高性能航空發動機的國家只有美國、俄羅斯、英國、法國、中國等少數幾個國家,技術門檻很高。

研製發動機怎一個難字了得

航空發動機往往在很大程度上,代表一國軍備的總體發展水平。為什麼?你數數當今世界有幾個國家能夠生產發動機就夠了,少得可憐。更別提最先進的轟炸機、五代機發動機了。

矢量發動機,是噴口可以向不同方向偏轉以產生不同方向推力的一種發動機。

能轉向

採用推力矢量技術的飛機,通過尾噴管偏轉,利用發動機產生的推力,獲得附加的控制力矩,實現飛機的姿態變化控制。其突出特點是控制力矩與發動機緊密相關,而不受飛機本身姿態的影響。

F119發動機測試

矢量發動機可以保證在飛機作低速、大攻角機動飛行而操縱舵面幾近失效時利用推力矢量提供的額外操縱力矩來控制飛機機動。

裝備了推力矢量技術的戰鬥機具有過失速機動能力,擁有極大空中優勢,美國用裝備了推力矢量技術的X-31驗證機與F-18做過模擬空戰,結果X-31以1:32的戰績遙遙領先於F-18。

殲20發動機測試

今天多方消息顯示,中國國產發動機已經取得了突破性進展!媒體多次報道,中國戰機已經掌握了所謂矢量技術,並且會盡快裝備在中國戰機發動機上。

有媒體表示,中國殲20的發動機可謂集中國最先進技術於一身!據悉,由中國6家單位頂尖專家聯合研製。可以想見其技術含量相當之高!

根據公開數據,殲20的發動機WS-15發動機和F22的F119-PW-100發動機作一比較,部分性能甚至略高。


軍林縱橫


矢量發動機的定義

航空發動機噴口可以向不同方向偏轉以產生不同方向的推力,通過尾噴管偏轉獲得控制力拒實現戰機飛行姿態的變化控制,這就是矢量發動機最為簡單的定義和理解。

誤區糾正

具有矢量噴口的航空發動機並不能讓戰機獲得一丁點兒的額外推力,僅僅是航空發動機的壓縮和燃燒的混合氣體通過噴口偏轉改變方向而已,具有矢量推力的發動機在某種程度上也會讓發動機本身失去一小部分推力,這也是矢量發動機在研發和製造上最難的難點之一。

EG:這就好比美國海軍現役的F-35戰機,F-35戰機裝配的是F-135型加力發動機,可以讓F-35實現垂直起降。但是,這種矢量技術也只能僅僅讓戰機實現垂直起降,對戰機本身的高機動性沒有任何額外的貢獻。所以,這也是當前很多現役的三代戰機的機動性也遠遠超過F-35戰機根本原因,譬如:殲-10系列、殲11系列、蘇-30系列、蘇-35、颱風、陣風等。

矢量發動機與普通發動機的區別

目前,矢量發動機早已是軍事大國必有的航空航天技術之一,各大國之所以如此重視矢量發動機的研發是因為矢量發動機有以下優勢:

1、提升戰機靈活性,增加狗鬥能力

戰機的靈活性主要體現在短距起降和近身狗鬥兩個方面,這在戰時十分關鍵。

2、增加戰機推力,減輕戰機質量

按照慣例,戰機的發動機推力越大,質量約輕就越好,因為這樣可以提升戰機的整體作戰效能,矢量發動機的問世就能較大程度解決這兩個方面的問題。

註解:減重是指噴口兼顧戰機操作功能,相對減重,相對增推。

3、戰機的全隱身性能

矢量發動機對於戰機結構而言異常重要,因為這是戰機具備全隱身性能前提,這也是為什麼F-22/殲-20/蘇-57/F-35等四代戰機都要裝配矢量航發的根本原因之一。

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墨墨觀察


所謂矢量發動機是五十年代前蘇聯米格軍用飛機設計師提出的提高戰鬥機機動性能的方案,嚴格講,矢量發動機的叫法是不準確的,因為所謂矢量發動機只是改變了尾部噴管的可變性,發動機本身沒有改變,用矢量尾噴完全可以概括其定義。\n\n\n\n矢量尾噴有兩層含義,一個是調整動力輸出大小,一個是調整動力輸出方向,當飛機需要巡航工作狀態時,可收縮尾噴以達到節約燃料增加作戰半徑的目的,當飛機進入戰鬥狀態,可通過調整改變動力輸出方向,獲得更快的反向動力提高機動性,但是由於超視距格鬥的普及化傾向,高機動性由原來的有效躲避敵方飛機變成躲避敵方武器,相信由於先進雷達的應用與提高,以及空戰的高度立體化信息化,戰鬥機的隱身性能和矢量機動性能會變的越來越次要,因為你的飛機一行一動都會被衛星預警機地面雷達適時掌握,肯定有一枚巡航導彈在瞄準你,讓你無處可遁。\n\n\n\n經常看到有關中國殲20裝備矢量發動機的消息,這絕不是空穴來風,矢量尾噴的關鍵問題不是航電和操控,而是製造材料,因為發動機尾焰的溫度非常高,所以對材料的阻焰性能要求很苛刻,材料不過關,壽命會很短,有消息披露蘇35的噴尾壽命只有二百多小時,如果發動機壽命是三千小時,那麼蘇35一生至少要更換十次尾噴口,代價不言而喻,美國F22採用的是二元尾噴,雖然機動性較低,但其壽命大大提高,同時又大大抑制了紅外特徵,提高了整機隱身性! \n\n\n綜合看,目前俄羅斯的多維矢量尾噴遠遠領先美國,但是壽命太短也是致命缺點,中國這方面的研究肯定也有了大的突破,估計是在完美之中,蘇35的引進肯定會給中國一定的借鑑和幫助,希望中國的高性能戰機早日翱翔在祖國的藍天!


去看海61366456


普通航空發動機提供的推力方向是固定的,和飛機的縱向中心重合或呈一固定夾角,而矢量推力發動機(主要是噴氣式)可將推力方向做垂直或水平調整,這樣做好處很多,如可使飛機起降滑跑距離更短,可使飛機機動性更突出,在失速狀態可給飛機一個有效的控制能力,調整推力方向可使飛機在阻力最小的迎角下巡航以增大航程等。

  推力矢量發動機是美國1991年4月也就是海灣戰爭結束後不久提出來的方案.

  發動機尾噴口可以自由調節角度。以此獲得更強的飛機機動性。

推力矢量發動機

  矢量又稱向量(Vector),最廣義指線性空間中的元素。它的名稱起源於物理學既有大小又有方向的物理量,通常繪畫成箭號,因以為名。

  例如位移、速度、加速度、力、力矩、動量、衝量等,都是矢量。

  可以用不共面的任意三個向量表示任意一個向量,用不共線的任意兩個向量表示與這兩個向量共面的任意一個向量。

  相互垂直的三個單位向量成為一組基底,這三個向量分別用i,j,k表示. 常見的向量運算有:加法,內積與外積。

  普通航空發動機提供的推力方向是固定的,和飛機的縱向中心重合或呈一固定夾角,而矢量推力發動機(主要是噴氣式)可將推力方向做垂直或水平調整,這樣做好處很多,如可使飛機起降滑跑距離更短,可使飛機機動性更突出,在失速狀態可給飛機一個有效的控制能力,調整推力方向可使飛機在阻力最小的迎角下巡航以增大航程等。 矢量推力發動機和普通航空發動機大體是相同的,只是尾噴管是可偏轉的活動部件,俄式矢量推力發動機尾噴口和發動機是球形鉸接,結構複雜但能提供360度全方向偏轉,美國採用矩形噴口,上下左右各是兩對偏轉板,結構簡單,只能選擇在上下或左右方向偏轉.

  推力矢量發動機又分二圓推力矢量發動機和多圓推力矢量發動機(多圓推力矢量發動機又稱全推力矢量發動機)

  1.二圓推力矢量發動機是指發動機噴管可上下15度偏轉.

  2.多圓推力矢量發動機是指發動機噴管可一360度全放為偏轉.

  二圓的設計比效簡單而多圓的要更為複雜成本也效二圓的高.

  推力矢量發動機的主要生產過是美國和俄羅斯

  俄羅斯的有AL-41F,AL-41F-1S,AL-31F,AL-31FP,AL-31FU,AL一31FN N1,AL-37FU,等等

  美國的是JSF系列的其型號不詳。


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