中國戰機矢量噴管的原理是什麼?能否有圖解?

遲到的早晨

圖來了!

這是我們的WS-15發動機的矢量噴管運行狀態。

其實啊,矢量噴管並不是什麼新的技術,在老老年間導彈上面都是用類似的功能的,只不過矢量噴管將這項技術更加精細化了。

早期導彈為了控制方向用了一種技術叫做燃氣舵。通過在火箭發動機噴管位置的3-4個擋片控制火箭發動機噴射氣流達到轉向目的。如果有興趣的話,可以到軍博去看看軍博裡面的DF-2導彈的噴管,裡面就是有燃氣舵的。

各種導彈單純依靠舵面的不同角度就可以控制導彈的飛行軌跡了。後來燃氣舵又逐漸的在飛機發動機上開始試驗——例如X-31。X-31技術驗證機的矢量推進從本質上還是燃氣舵的推進方式。

燃氣舵的使用可以比較粗曠的改變發動機氣流的方向,但由於大家所看到的燃氣舵舵片之間存在著巨大的空隙,因此燃氣舵的效率實際上並不高。


矢量噴管就是在燃氣舵的基礎上將整個噴管進行封閉。這樣推力的損失就降低到最低點了。


如果從原理上來說實際上就是機械原理了,通過軸球片將噴口做成可動效果。在外側依靠液壓傳動裝置控制噴口的指向,例如前面動圖中可以看到大量的液壓桿在不斷的伸縮操作。

而這裡的矢量噴管還要注意區別於F-35的可轉向噴口。

F-35上面的動作實際上並不是矢量發動機動作。F-35是利用了斜面管道將噴口轉至垂直於地面的,這個動作本身除了垂直地面的操作外並無其他方向的矢量控制能力。


至於網絡上還有一個圖片,演示的也不是矢量動作

這張圖片顯示的是發動機改變口徑從而改變噴出氣流速度的演示。

就矢量發動機來說目前俄國做的最好,我們其次。

不過以目前的WS-15的矢量發動機技術來說我們的戰鬥機夠用。再大的矢量動作,恐怕我們的戰機承受不住類似於上圖的過載了。


軍武數據庫

圖注:中國的推力矢量技術走的是隱身軸對稱柔性矢量噴管技術,目前已經在殲-11戰機上完成了初期試飛

推力矢量技術是指發動機推力通過噴管或尾噴流的偏轉產生的推力分量,來替代原飛機的操縱面或增強飛機的操縱功能,從而對飛機的飛行進行實時控制的技術。

我國的推力矢量技術走的是與美國和俄羅斯都不太相同的道路,我國走的是軸對稱柔性矢量噴管技術。柔性噴管技術顧名思義,即要求噴管偏轉時偏折處儘量圓滑過渡。我國的技術路線是讓尾噴管每一個調節片均可向其截面圓徑向的內、外方向偏轉,通過調節各個片相對偏轉方向和角度,實現尾噴管的全向偏轉,使飛機獲得三維空間多自由度矢量控制能力。該噴管偏轉角度可達到十幾度,推力損失理論上可以小於2%,實際工程中也可以做到5%左右。

相比於美國的二元矢量噴管技術和俄羅斯的非隱身軸對稱剛性矢量噴管技術,該噴管較好地克服了二元矢量噴管體積重量較大的缺點,也彌補了非隱身軸對稱剛性矢量噴管偏轉較為生硬,推力損失較大的不足,具有諸多優點。但該噴管控制機構複雜,對元器件小型化和可靠性要求很高,對控制率要求苛刻。

儘管面對巨大的技術挑戰,我國科技人員仍實現了突破:該矢量噴管近年已在殲-11飛機上完成了初期試飛,成熟程度較高,目前在單發的殲-10B飛機上試飛。從用於單發飛機試飛的情況來看,其可靠性已經相當高,接近可裝備狀態。該噴管未從殲-11直接轉移到殲-20飛機上試飛,主要原因是常規佈局殲-11的火/飛/推一體化控制規律和鴨式佈局殲-20差別較大,以同為鴨式佈局的殲-10B過渡更穩妥。目前殲-20已經配裝太行發動機批產,近期該噴管必然用於該機。


兵工科技

我國殲-10B戰鬥機上測試的矢量噴管是一種軸對稱全向矢量噴管(AVEN),也就是說能向任意方向偏轉,而不是和蘇-57和F-22的尾噴管一樣僅能上下偏轉,網傳國產矢量噴管的最大偏轉角度達25度。

典型的AVEN噴管都是通過同步環結構來實現矢量偏轉的,如果不出意外的話,我國的這種矢量噴管同樣採用該結構。

以普惠公司研製的的俯仰/偏航平衡梁式噴管(P/YBBN)為例(雖然這種噴管有個拗口的名字,但實質上仍然屬於AVEN噴管),該噴管通過一系列環繞發動機殼體的動作筒來驅動一個同步環結構,而同步環又與尾噴管的每一片封嚴片呈剛性連接。

當動作筒同步驅動同步環向發動機前部移動時,就拉動封嚴片呈擴散運動,使噴管截面積增加。

當動作筒同步驅動同步環向發動機後部移動時,就推動封嚴片呈收斂運動,使噴管截面積減小。

當動作筒異步驅動同步環使其向一個方向傾斜時,封嚴片也會被帶動向同一方向整體傾斜,從而實現尾噴管向任意方面的矢量偏轉。此時動作筒仍能夠整體前後移動來調整尾噴管的截面積。

從EJ200 AVEN噴管的動圖中,可以明顯看到這個同步環結構。

從殲-10B矢量推力驗證機的矢量噴管看,我國AVEN噴管在設計上非常注重隱身設計,後緣呈鋸齒狀,外部整流片為兩段式設計,中間有鉸鏈可以橫向旋轉,能使整流片更加貼合尾噴管的矢量偏轉,維持隱身外形。因此,這種噴管是為殲-20戰鬥機的WS-10B發動機準備的。


航空愛好者AMR

之前J-10上實驗的矢量噴管在分類上屬於AVEN矢量噴管。

AVEN也就是軸對稱矢量噴管,不過並不是所有的圓形噴口的矢量噴管都是軸對稱噴管。其末端魚鱗片有鋸齒特徵,很明顯是照顧到隱身設計的。該型噴管很顯然是給J-20準備的。WS-15+AVEN矢量噴管會給就J-20的性能帶來長足的進步。

結構如圖所示,當然最後實際應用中的軸對稱噴管的結構肯定比這要複雜一些,常見的AVEN噴管的運動構件就超過200個。

在擴張段增加鉸鏈或者採用球鉸,保持收斂段結構不變,只對擴張段進行偏轉。其中機匣(1)用於支撐整體結構,調節片與密封片交錯佈置。(密封片就是用於在噴管偏轉時堵上縫隙的),噴管轉動由搖臂拉桿帶動。噴管的最大偏轉角度為17-20度。

AVEN噴管是在常規的機械式收擴噴管上發展來的,就技術上講,作為一種內推力矢量噴管技術,其具有簡單,輕量化,風險低的特點,平臺本身的適應性改裝工作量小。雖然AVEN噴管在技術上不是太先進,但是其技術性能非常適合用於單發飛機。

外推力矢量技術就是在噴管外面加上調節片,通過調節片改變發動機噴出的高溫氣流的方向實現推力矢量。不過外推力矢量技術早就被淘汰了。

目前國內的AVEN噴管還處於實驗狀態,其最主要的目的是為以後的二元噴管(2D-C/D)

乃至於更先進的球面收斂片矢量噴管(SCFN)積累經驗。

就技術性能上來講,J-10B實驗的AVEN矢量噴管要比俄羅斯的關節式軸對稱矢量噴管更復雜,因為關節式軸對稱矢量噴管只能上下偏轉,而且重量較大。Su-30MKI的AL-31FP就只能上下偏轉15度。


貞觀防務

去掉外殼後的矢量發動機,其內部的作動筒和密封片設計一目了

矢量發動機可更加靈活的改變飛機動力的方向,使飛機的操控性更強,可以完成更高難度戰術動作。

我國的渦扇——10B、渦扇——15發動機在2002年連續216小時的極限運行國產矢量噴管。隔熱密閉條件下的極高溫度氣流偏轉控制,是矢量尾噴管的技術攻關點。

中國殲——20的渦扇——15也裝了國產矢量噴管,是完全國產的矢量發動機。


浦江縣職業技術學校

中國戰鬥機的情況不知道。這是軍事秘密。

知道我也不會說的


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