什麼是矢量發動機?

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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


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


主要是指航空噴氣發動機而言,是指航空發動機尾噴口可以變向,使射流噴向不止於傳統固定噴口的一個直向方向的多向甚至全向的航空發動機。


北方初雪1999


矢量二維的隱身好可影響動力!全向的不影響動力可隱身不佳!這就是矢量發動機噴口能大能小能改變動力方向!


殲10B矢量機


可以使發動機的能量往不同的方向噴射使飛機能擁有比平常飛機更高的機動性


李大豪


所謂矢量是相對於標量來講的,標量只有大小沒有方向,而矢量是既有大小又有方向,用在發動機上,就是發動機的噴射方向是可以變動的,例如現在的f35戰鬥機的發動機尾噴口噴射方向是可以改變的。


幽浮999


矢量發動機(英文:Thrust vector control engine,簡稱:TVC Engine),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。

採用推力矢量技術的飛機,則是通過尾噴管偏轉,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。不採用推力矢量技術的飛機,發動機的噴流都是與飛機的軸線重合的,產生的推力也沿軸線向前,這種情況下發動機的推力只是用於克服飛機所受到的阻力,提供飛機加速的動力。因此,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。


何以解愁唯有學習


其實準確的說是矢量噴管,和發動機本身沒有關係。一般的發動機的推力方向是保持不變的,而矢量推力系統可以調整發動機的推力方向,從而大大提高飛機的機動能力。目前真正服役的矢量推力系統只有美國的F22戰機.


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