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什么是矢量发动机？

矢量,推力,发动机什么是矢量发动机？

发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

另一种矢量发动机则采用轴对称矢量喷管，这种矢量喷管在苏-35战斗机装配的AL-41F-1S发动机上有应用，美国F-35B战斗机也采用了特殊的可以偏转的F135-PW-600发动机，该发动机喷管可以偏转90°（寻常矢量发动机最大偏转矢量角为28°-35°），以便满足垂直起飞和降落的需求。传闻中国的WS-15发动机也会采用轴对称矢量喷管。

二元矢量发动机与轴对称矢量发动机两者之间各有优劣，二元矢量发动机虽然能够减少红外辐射信号和雷达散射截面积 ，提高战斗机的生存能力。其矩形的截面也使得发动机能较好的与后机身一体化。但二元矢量喷管和轴对称矢量发动机相比也存在因为角区流动，导致流动阻力增加，推力性能下降这个缺点。

回答于 2019-09-11 08:43:50

图注：正在进行垂直过失速机动的米格-29OVT三元矢量推力发动机技术验证机，矢量推力喷管是研制国产第四代战斗机必须跨越的技术障碍

所谓矢量发动机，就是采用矢量推力技术的发动机。在现代战争中导弹、战斗机等追求高敏捷性、高机动性、快速改变自身运动状态能力的飞行器，都在动力推进系统上大量采用了矢量推力技术，英文简称TVC技术。

具体到战斗机，采用推力矢量控制技术是提高战斗机技、战术性能的主要技术。推力矢量控制技术亦称推力转向技术,它通过控制发动机尾喷流方向来控制飞机机动飞行,即它可补充或取代常规飞行控制面产生的气动力来对飞机进行飞行控制。战斗机采用推力矢量控制技术后可显著提高战斗机的机动性和垂直、短距起飞等技、战术性能。

矢量推力发动机分为几种，早期的技术验证机曾采用折流板矢量推力技术，比如美国的X-31、F-18HARV技术验证机等，日本的“心神”技术验证机也采用了该方案。这种TVC矢量喷管在其发动机尾喷口处安装有三片推力导向片（可作正负 10 度的偏转，并能长时间承受最高 1,500 度的高温），可使飞机在上下或左右方向上的控制更加自如。这样的设计确实可以显著提高飞机的机动性，尤其是过失速状态下的机动能力。但是这个简单的三片折流板方案显示出明显的缺陷——阻力巨大，推力损失非常惊人，而且偏转效率不高。此外，该方案不利于隐身，因此美国、俄罗斯在早期进行矢量推力发动机技术探索的时候都试验过该方案，但最终都放弃了。

图注：F-18HARV矢量推力尾喷口

目前比较成熟的技术方案是三元和二元矢量推力发动机技术，前者以俄罗斯苏-35战斗机为代表，后者以美国F-22战斗机为代表。二元矢量推力发动机的优点在于有利于隐身设计，二元喷管的雷达隐身能力要比三元的强很多；二元喷管在红外隐身方面的优势也比较明显，矩形喷出的气流更容易与外界冷空气进行快速掺混，从而迅速降低温度，减少红外特征。体积相对巨大的隔热屏内部可以安置一些应急的红外对抗设备，有资料表明，为了在遭受红外制导导弹追击的时候能够安然脱身，F-22上安装了两个液氮存储和释放装置，可以在瞬间将液氮喷入发动机的尾流中，从而实现快速降温，消除红外辐射信号，使红外制导导弹失去跟踪。此外，二元矩形矢量喷管在飞机一体化设计上也有一定的优势，因为现代的重型机普遍机身扁平，与矩形喷管较为容易融合，延伸的尾喷口也可以对整机形成一种两头尖的外形，从而减少整机的阻力，起到优化综合减阻的效果。这种气动减阻的独特绝活是三元轴对称喷管所不具备的。此外，二元矢量推力发动机还具有技术方案比三元矢量推力方案简单，更易于实现的优点。美国早先打算在F-22上使用三元矢量推力技术，但后来三元矢量推力技术更复杂，不成熟，于是作罢。

图注：苏-35战斗机的117S矢量推力发动机，它赋予了苏-35良好的大迎角机动性能和水平加速性能

但二元矢量推力技术也有缺点，这恰恰是三元矢量推力技术的优点。

首先，二元矢量喷管的结构比较笨重，内流特性较差，推力损失大。按照相关资料，F-119发动机因为采用了二元矢量技术，推力损失不低于3%。

其次，二元矢量喷管重量大。在重量方面，YF119的矢量喷管的重量占据了发动机总重量的四分之一，远高于常规喷管的重量比。不仅如此，二元矢量喷管还存在其它一系列的问题，其中包括，第一、二维喷管的承载能力不理想，扩散控制部件在推力矢量状态要承受很大的负荷，从而对结构强度和作动机构提出了比较高的要求。第二、高温高压气流要从理想的圆形转变成方形，并最终喷出，由此引起的热量分部不均的问题对隔热屏提出了很高的要求，并需要很多的冷却空气来冷却隔热屏，推力矢量控制部分承受了过高的负荷和温度，特别是在加力状态下，温度高，负荷重，对材料的耐久性要求极高。第三，相对于轴对称矢量喷管，二维矢量的冷却空气需求量很大，而且气流由圆转方的阶段，高温尾流的泄漏量大，使得整个排气系统的部件都需要做到耐高温设计，但是不幸的是，为了满足设计需求，驱动喷管偏转的液体介质是航空煤油，这样就对整个机构的密封性的要求及其严格。设计难度加大，维护也变得很复杂。

最后，F-22采用的普惠公司第一代二元矢量喷管，只具备俯仰能力，不具备偏航能力。只能通过发动机左右双发差动，来实现有限的转弯机动控制，这使得其机动性大大低于轴对称三元矢量喷管，同时只能在迎角机动、超声速巡航等非常有限的机动动作时参加整机飞控控制，其它时候很少参与飞控。可以说，虽然F-22采用了飞火推一体化飞控系统，将F119发动机矢量推力喷管整合进了整机飞控系统，但整合和控制水平较低，矢量喷管对整机飞控参与度较低。由于矢量喷管很少参加飞控，因此起到的有益作用自然也较少，很大一部分时候只能作为飞机死重起到负面影响。

图注：英国CAMM拦截弹使用侧推矢量技术，依靠矢量推进来控制导弹垂直发射后的轨迹姿态，这种技术比燃气舵技术响应更快，更敏捷

普惠公司虽然后来开发了可以采用偏航的第二代喷管，但该技术并未应用于F-22战斗机上，这使得其超机动性存在明显短板。

除此之外，二维收敛扩散喷管在升级方面也非常困难，几乎没有可能通过简单技术手段升级到具备三维矢量的能力。所以在技术发展的特定阶段，在批量服役的战机上，只有F-22采用了这样的设计。在此后发展的新型发动机上都无一例外的摒弃了二维设计，直接采用三维矢量喷管。

三元矢量喷管，虽然在隐身方面存在弱点，但结构重量更轻、推进效果更佳、推力损失更小，因此可以是第五代战斗机很好的选择方案。目前欧洲、美国和俄罗斯，在三元矢量推力发动机上研究都很深入，都有雄厚的技术储备，如果需要的话，马上就能拿出全新的三元矢量推力发动机工程产品。

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