來源：科普中國—軍事科技前沿 作者：李小白
今年的中國國際航空航天博覽會(簡稱中國航展)是中國航展迄今規模最大的一次，此次航展亮相了大量的尖端武器裝備，涵蓋了海、陸、空、天各個作戰領域。殲-20與運-20以"20時代"的主題震撼展出，"八一"與"紅鷹"兩支飛行表演隊強強聯手同臺亮相。其中最引人注目的當屬中航工業的殲-10B推力矢量試驗機。
航展上進行眼鏡蛇機動的殲-10B TVC(文章圖片轉載自網絡，感謝原作者)
在航展的第一天上午，殲-10B推力矢量驗證機(殲-10B TVC)首次公開亮相，此次表演十分驚豔，甚至被人們稱作是"建國以來最具含金量的飛行表演"。表演內容主要為過失速機動飛行，展示了著名的"眼鏡蛇"、"赫伯斯特"與"落葉飄"等一系列高難度機動動作，同時，裝有國產矢量發動機噴口的殲-10B也標誌著中國在推力矢量技術方面取得了重要進展。筆者在此將圍繞殲-10B TVC展開對"眼鏡蛇機動"與推力矢量技術相關內容的討論。
眼鏡蛇機動
眼鏡蛇機動是世界著名的過失速機動動作，最早由前蘇聯蘇-27戰鬥機做出。1989年6月，388號蘇-27戰機首次飛抵巴黎參加巴黎航展，飛行員普加喬夫在飛行表演的最後以"動態剎車"結束，震撼全場。該動作酷似眼鏡蛇進攻時的動作，後來被人們稱為"普加喬夫眼鏡蛇機動"。在眼鏡蛇機動中，機頭上仰，形成短暫的機頭在後、機尾在前，飛機速度驟減，緊接著飛行員操作飛機使飛機恢復到水平狀態。
蘇-27系列戰機採用升力體佈局，更具完成眼鏡蛇機動的"天賦"
眼鏡蛇機動可以使飛機瞬間完成減速制動，因此不少人認為眼鏡蛇機動擁有較高的實戰價值，能夠在空中格鬥中扭轉局面，從被動一方轉變為主動。也有人認為，現代空中是遠距離、高速度下的能量型空戰，眼鏡蛇機動的速度較低，會使飛機處於低能量狀態，容易喪失強勁的機動性能，容易陷入劣勢。儘管人們對眼鏡蛇機動的實戰意義看法不一，但它卻能夠權威地說明飛機的機動性與可操控性能。殲-10B TVC能夠輕鬆完成眼鏡蛇機動等動作，足以證明其機動性與可操控性能達到了十分先進的水平。
推力矢量技術
推力矢量技術是通過改變發動機噴管方向使飛機獲得各方向的操縱力矩的技術，推力矢量技術對航空材料、發動機推力以及飛行控制的要求非常高，目前僅有極少數國家能夠掌握。推力矢量技術同樣是航空器發展的一個方向，美國與俄羅斯的下一代戰機都裝備了矢量發動機。矢量發動機的噴口上下偏轉，可以起到操縱面的作用，明顯改善飛機的可操控性，從而大幅度提高飛機的機動性與敏捷性。同時，可以減少飛機尾翼或前翼的面積和偏轉角度，可以減小飛機的飛行阻力，優化隱身性能。
矢量發動機的地面測試
目前，美國F-22戰鬥機與俄羅斯蘇-35戰鬥機是最具代表性的推力矢量技術應用實例，其中F-22戰機採用的是F-119發動機，配備二元矢量噴管，蘇-35戰機採用的是117S發動機，配備全向的軸對稱矢量噴管。二元矢量噴管可以使機尾過渡平緩，減小機尾產生的飛行阻力，並可以降低機尾的紅外特徵。缺點則是噴管重量大，並且損失的推力較大。軸對稱矢量噴管對技術要求較低，噴管可轉動的範圍較大，損失的推力也較小。矢量推力可以大幅度提高對飛機的控制，減小飛機的轉彎半徑，提高飛機在機動動作中的反應能力。
美國人曾對二元矢量噴管與軸對稱矢量噴管進行了深入研究，最終決定採用綜合性能更為出色的二元矢量噴管
殲-10B TVC使用的就是軸對稱矢量發動機，具公開資料顯示，中國對於矢量發動機技術的研發在很多年前就啟動了。隨著國產WS-10"太行"渦扇發動機的逐步穩定，國產推力矢量技術距離實用階段更進了一步。相比俄羅斯的矢量發動機，國產矢量發動機的矢量噴口較短，在每片擴張調節片的末端都帶有一片可以獨立旋轉的小型調節片，來減少推力的損失。另外，空軍從俄羅斯進口了蘇-35戰鬥機，通過對蘇-35的研究，也可以積累矢量發動機的使用與研發經驗。
蘇-35戰鬥機的矢量發動機噴口
現代軍用飛機的氣動設計與飛行控制技術
推力矢量技術不僅僅是隻有矢量發動機，而是建立在整款先進戰鬥機平臺基礎上的一整套複雜系統。只有良好的氣動佈局設計與先進的飛行控制技術，才能夠有效發揮推力矢量技術的效能。現代戰鬥機設計愈發激進，多采用靜不穩定設計，飛機具有天生不穩定的特徵。靜不穩定設計的好處是可以有效提升飛機的機動性與敏捷性，但技術門檻較高，需要採用現代化的電傳操控系統實現。
隨著電傳操控系統的發展，越來越多的戰機採用更加"活躍"的氣動佈局。例如無尾三角翼佈局、鴨翼佈局甚至飛翼佈局，在機身局部設計上，出現了能夠增升的邊條等先進設計。而電傳操控則是通過計算機操控飛機，在接收到飛行員的干預操控後對飛行數據進行精確計算，再對飛機進行靈敏的操控。震驚全場的殲-10B TVC並不只是依靠先進的矢量發動機和靜不穩定的鴨翼佈局，還離不開將發動機控制與氣動舵面控制融合的飛行操控系統。
美國B-2隱身轟炸機採用技術難度極高的飛翼佈局，需要尖端的氣動佈局設計與飛行控制系統
需要說明的是，電傳操控系統的發展並非一日之寒。在美國、俄羅斯、歐洲的現代戰鬥機研發過程中，都出現過操控系統缺陷導致的相關事故，不論是哪個國家，飛行控制系統的發展都是靠科研、試飛人員默默奉獻托起的。尤其是在試飛過程中，試飛員需要一次次摸索、挖掘飛機的飛行極限，通過無數次飛行來查漏電傳操控系統的不足。只有對飛機在各種複雜氣動條件下的性能具有清晰全面的掌握後，才能夠根據飛機出現的反應對飛機進行精細的高效控制，獲得驚人的機動性，在不同特徵的飛行動作中自由變換，飛出令人振奮的飛行表演。
殲-10B TVC的矢量發動機是中國航空工業多年來積累發展的成果
從殲-10B TVC在航展中的驚豔亮相來看，國內不僅在推力矢量方面取得了可喜的成果，而是在現代尖端戰鬥機總體研發設計方面取得的成績。通過殲-10系列、殲-11系列以及殲-20戰鬥機的研發使用，國內戰鬥機研發已經達到世界先進水平。在國產推力矢量技術達到實用標準後，將裝備殲-20甚至新一代隱身艦載戰鬥機，強大的飛行操控系統與動力系統將會賦予戰機世界一流的機動性與敏捷性，全方位提高飛機的作戰性能。
未來換用矢量發動機後，殲-20的機動性將更上一層樓
