什么是矢量发动机?

愤怒的匹夫


矢量推进这个东东,最早是用在导弹上的,从鼻祖v2导弹就已经使用。现代弹道导弹和空空导弹上更是非常普遍,这个东东叫燃气舵。

导弹露在外边的空气舵,跟飞机的操纵舵面一样,都是利用反作用力控制导弹姿态。而燃气舵隐藏在导弹尾喷管边缘或里面,是一种特殊的控制舵。它通过偏转舵片改变喷流方向,进而控制导弹姿态,是一种简单可靠,效率极高的矢量推进方式。

▲美国AIM9X导弹尾部的燃气舵

之所以用燃气舵,是因为导弹刚发射时速度慢,空气舵效率低基本没用。只能靠燃气舵改变喷流方向,为导弹提供优秀的低速机动能力。

有了燃气舵,导弹才能完成冷发射转向,越肩发射180度转弯等动作。等到速度提起来后,空气舵就能接替它的工作了。

后来又发展出可动喷管,喷管沿发动机轴线摆动或转动,改变喷流方向,从而控制推力方向。这种可动喷管在运载火箭、导弹等各个领域获得广泛应用。

这种技术转移到航空领域,战斗机矢量喷口就登场了。

普通喷气飞机,尾喷口不动,只负责将高速喷流沿飞机轴线向后喷,产生反推力推动飞机前进。至于飞机滚转、偏航、俯仰什么的,那是操纵舵面的事。

本来也挺好,分工挺明确的。但战斗机要打仗不是,不能像民航机那样四平八稳,要大机动,时不时飞个眼镜蛇、落叶飘啥的。这时候飞机进入低速大迎角状态,操纵舵面无法提供足够的操纵力矩,超过一定程度,可怕的失速就出现了,战斗机会进入尾旋甚至坠毁。

怎么办?操纵舵面不给力,那就学导弹,搞矢量喷口吧。

矢量喷口,可以围绕飞机重心产生偏转力距,为飞机提供额外的控制力。就算超过失速迎角,仍能配平飞机,让飞机像燕子一样灵巧,大大提升了飞机的格斗性能。

美德联合研制的X-31验证机,使用早期的扰流片推力矢量。 1993 年与 F/A-18战斗机进行了一系列对殴。

X-31 飞机不用推力矢量时,16 次空战中 F/A-18 赢了 12 次;

X-31 使用推力矢量后,66 次空战中 X-31 赢了 64 次!1:32啊。

发动机装个矢量喷口并不难,导弹和运载火箭上就有现成的嘛。为什么飞机装个矢量喷口就那么难?

原来矢量喷口的工作环境极端恶劣,尾焰温度高达2000多度,超音速、高温、大推力气流可在几十秒内融化数厘米厚的钢板,没有特殊的材料绝对抗不住。

再说了,导弹、火箭的喷口是一次性的,用完就扔。可飞机不能飞一次换一个,要经久耐用,过日子得精打细算,这就不是一般的难度了。

耐热材料要过关,热胀冷缩下系统的可靠性也是一个问题。所以,只有极少数国家有能力制造,俄罗斯有AL系列发动机,美国有JSF系列。我们当然也有,看看珠海航空展上歼10漂亮的眼镜蛇机动就知道啦。

矢量喷口有三种分类:

1、矢量舵片,就是在喷口外附加扰流板控制喷流方向,这是早期的落后技术,没人用了。

已经下马的日本五代机“心神”就是扰流板推力矢量

2、二元矢量喷口,舵面上下动,左右不动。美国F22战斗机就是这种喷口。

3、多元矢量喷口,也称轴对称。喷口360度转向,比二元矢量更先进,只是可靠性稍差。目前俄罗斯的矢量发动机就是这种喷口。

4、喷流技术。总搞喷口是不行的,这玩意增加重量啊,琢磨琢磨喷流吧。如果将一股大喷流分解为多股小喷流,然后控制各喷流的强度,岂不更好?这是未来发展的方向,在无人机上已经得到验证。

推力矢量是英国和苏联先搞的,起初是为了解决航母舰载机短距垂直起降问题。英国搞的“鹞”式,苏联是Yak-36,后来苏联陆续发展出Yak-36、Yak-141等垂直起降飞机。

“鹞”式战斗机

Yak-141

矢量喷口损失一部分推力,要求发动机推力更大,增加了研发难度。矢量喷口不仅对提高机动性大有好处,还能减少操纵面的数量、面积,对降低飞机重量,提高隐身性也有很大帮助。

矢量喷口有这么多好处,所以小伙伴们看到歼10矫健的身影才会欢呼雀跃,因为我们也有矢量发动机啦!中国航空加油!


和风漫谈


矢量发动机说简单点,就是喷口可以朝不同方向偏转,产生不同方向推力的一种发动机。传统的喷气发动机喷口是固定的,推力只能朝着发动机中轴线方向向后喷,而飞机的机动动作全靠鸭翼、水平尾翼、扰流板或者襟翼等来协同完成,而具备矢量发动机后,可以利用尾喷口的偏转获得一个飞机的附加力矩,实现对飞机姿态变化控制,而且可以做更复杂的机动,比如珠海航展上装备WS-10B矢量发动机的歼10B可以做出眼镜蛇、落叶飘等超机动动作,而老式的歼10B是没有这个能力的。

推理矢量发动机主流的目前有2种,一种就是像F22一样的二元推理矢量发动机F119,尾喷口可以上下15°偏转,目前美国应该放弃了,F35已经弃用这项技术;另一种就是现在主流的多元推力矢量发动机,可以360°的进行偏转;还有一种就像日本四代验证机”心神“一样的,只能算是半吊子的权宜之计,就不多说了。


矢量发动机技术可能在有些人看来,不就是发动机喷口扭一扭、转一转吗?研发有什么难的?难在哪里?

首先矢量技术只有少数几个国家有这个能力,以前是美国和俄罗斯,后来欧洲的英法加入这个行业,珠海航展上展示的WS-10矢量发动机代表着我们 国 家也进入了矢量技术 家族中。至于其他国家基本都是望而兴叹,这就已经说明这个技术非常难以攻克。

矢量发动机难处就在于尾喷口偏转位置结构复杂,光重量就增加了整个发动机重量的10%左右,这对战斗机影响还是非常大的,就得想办法解决增重的问题,这可能涉及到的是整个战斗机的改进调整。

推力矢量发动机尾喷口结构过于复杂,因此最难的是控制问题。飞行在超控时,不可能去超过发动机的尾喷口的动作,这只能由飞控系统计算完成并发出指令。当飞行员在操作飞机时,其向上、向下、向左、向右,甚至大角度滚转,飞行员控制操作杆的指令直接传给计算机,有计算机计算后传达给发动机尾喷口,整个过程都是自动的。而发动机的尾喷口结构是相当复杂的,那么这个控制指令就不能出一点差错,一点出错就可能是飞行事故了,这应该是矢量发动机最难的地方。

今后的四代隐身机应该都会应用矢量发动机技术,而且是性能更好、推理更强劲的矢量发动机,我们虽然在发动机上落后了很多,但是正在大跨步的追上来。WS-10B矢量技术的成熟,也为我们WS-15的研发攻克了一大难关,希望这款承担着国人希望的发动机早日装备上我们歼20战机!


狼烟焚燎


其实呢,起这个名字是不对的,不准确的,任何发动机其实都是矢量的。应该叫可变矢量发动机。


用户8330128482223


矢量发动机,就是喷头可以向不同方向偏转以产生不同方向推力的发动机。


Able721


看大家写了那么多 总结一句 通俗易懂的 矢量发动机就是可以到处喷 一般发动机只可以向一个方向喷


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