03.06 什么是矢量发动机?

爱挣小钱钱的兔子


矢量发动机具体是指航空发动机的喷口可以不同方向偏转,产生不同方向的推力,让飞机更灵活,各种机动指标就更强了,特别是在狗斗的时候,能够更快的占据攻击位置,快速的转向咬住敌人,这些都是非常重要的。

传统的发动机的推力只能朝着发动机轴心方向,所有的操作都得靠飞行员的技术,在和敌人狗斗时,狂拉驾驶杆进行大机动,对于一些新手 飞行员拉过头了,超出飞机的极限,别说还想去狗斗,先自己将飞机调整过来,别人的导弹也快到了。矢量发动机就简单多了,可以利用尾喷口的偏转,获得飞机的附加力矩,实现飞机的姿态变化控制。矢量发动机可以保证在飞机技术、大攻角机动飞行时,利用发动机喷口偏转获得额外的矢量力矩控制飞机更大角度机动,甚至能在超控杆拉过头时更快调整回来,这在空战中取得先手优势是非常有利的。

在很多人看来,航空发动机的矢量技术不就是发动机扭一扭、转一转而已,研发有这么难?难在哪里?

矢量发动机是许多国家渴望得到的技术,但是能研发成功实在少之又少,目前只有中 美 俄以及欧洲少数国家具备开发能力,其他国家都是望而兴叹,这也就说明这项技术的难度。

推力矢量发动机技术首先就是增加重量,而且是整个发动机重量的10%以上,这样的重量增加只能通过其他方面来解决,而且让战斗机整个重心向后移,这对战斗机的结构和布局上需要做一定的改进。

其次就是发动机偏转口位置结构复杂,荷载复杂,对材料性能要求非常高很多。

第三也是最难的,发动机偏转口结构复杂性造成控制的复杂性。飞行员去操作的时候不可能还要去操作尾喷口的状态,他在操作飞机时,比如向上、向下、向左、向右、大角度滚转,飞行员操作杆的动作指令直接传达的计算机,有计算机计算通过飞控系统下发指令给发动机尾喷口做调整,整个动作全是自动的。尾喷口结构这么复杂,那么发动机尾喷口的控制能力一点不能出差错,一出错飞机就无法控制,这应该是最大的难点。

矢量发动机突破天际?遇到空空导弹怎样呢?

矢量发动机确实让战斗机的机动性高处了一大截,但是碰上空空导弹那也得认怂。未来空战,再优秀的战斗机如果被空战导弹给锁定了,那都得认怂。战斗机机动性再强,也不可能强国导弹。比如美国装备AIM-9X空对空导弹,同样使用了非常先进的矢量控制系统,飞行员在头盔瞄准器的辅助下,根本就不需要过多的调整飞机的方向,直接使用大离轴角发射,飞行员只要能看到目标就能发射导弹,用AIM-9X自己进行大过载机动,去跟踪、锁定、去攻击目标。这样的技术被普及后,战斗机生存能力更加堪忧,因此隐身性能并结合一些其他防御手段,提高攻击性能才是未来战机最重要的方向!


狼烟火燎


前几天的珠海航展上,展示了我国的新一代大杀器——歼-10B矢量版。

所谓「矢量版」,指的就是使用了矢量发动机的版本。上图就是这次加装了矢量推进的歼-10B战斗机。

所谓矢量发动机,意思就是尾喷口可以改变方向的发动机,就像箭一样,可以指向某个方向。文言中,箭也叫「矢」,故矢量在现在意为一个有方向的量。放在「矢量发动机」这个语境下,意思就很明了了。

矢量发动机有多厉害呢?如果你去搜索一下这次航展中,歼-10B的飞行视频,你就理解了。之前飞不了的动作,现在能飞了,而且还不用担心失速、失控——因为矢量发动机会大大提高控制力。

其实矢量发动机在很多导弹、火箭上早有应用。只是由于矢量喷口会损失推力,所以在我国发动机不是很强的时候,没法安装矢量喷口。现在歼-10B上了矢量喷口,恐怕也说明我们的航空发动机有了可喜的进展。


章彦博


众所周知,在物理学上将“有大小和方向的量称为矢量”。而矢量发动机也就是“尾喷管可以转动,以实现推力方向的改变”。矢量发动机有“二维的”和“全向的”,二维矢量喷管具有隐身性能好,结构简单的优点,但推力损失较大。全向矢量喷管具有推力损失小的优点,但也有不利于隐身,以及结构复杂的缺点。目前来说,美国既有二维的也有全向的,俄罗斯和美国一样,而我国只有全向的。



矢量发动机不单单是在常规发动机尾喷管后面加了个矢量喷管,而是要涉及控制系统,作动结构的寿命和耐高温性能,密封件的耐高温性能。说白了,矢量发动机就事考验一个国家的材料技术和航空工业飞控系统的水平。


而矢量发动机的研发难点主要在:矢量喷管所用的材料和冷却方式,矢量喷管作动机构的寿命和可靠性,矢量喷管与发动机控制系统的配合。增加矢量喷管之后引起的增重,以及喉道面积变化导致发动机工作点偏移。如何在推力变向时,减小发动机所受的弯曲应力。由此可知,失量发动机的研发难点有多大。这也就是可以研发发动机的国家少,而能够研发真正矢量发动机的国家更少。

首先来说,矢量喷管的寿命和可靠性是极为重要的。

矢量喷管的可靠性和寿命就是由液压作动筒和所用材料决定的,由于发动机尾喷管处的温度极高,非加力时温度大概在550度—850度,加力时温度高达1500度。所以对尾喷管所用材料的耐高温性能要求极为严苛,一般而言,尾喷管使用镍或者钛合金制造。为了高温减小对尾喷管外部原件的影响,还要对尾喷管进行隔热处理。隔热的办法主要有两种,第一:在尾喷管外布设通风气流,第二:在尾喷管壁上加装隔热毯。此外,液压作动筒的寿命和密封也有较大的关系。

美国F119发动机的二维矢量喷管和F135发动机的全向矢量喷管已经在F22和F35战斗机上使用了。在使用二维矢量喷管后,F119发动机推力就会损失。但奈何,F119发动机的推力较大,损失点推力也无关紧要。而F35选择了全向矢量的F135发动机,主要是因为F35战斗机是一机多用。还要满足F35B的垂直起降能力,只能选择偏转范围较大的全向矢量喷管了。事实上,美国在矢量喷管的应用和研究上,早就走在了世界前列。而俄罗斯则紧随其后,在苏35S,苏30MKI,苏30SM,苏57上应用了全向矢量喷管。其实俄罗斯也对二维矢量喷管有研究,曾经在苏27战斗机上实验过。不过最终被俄罗斯放弃了,主要研发全向矢量喷管。


而我国的矢量喷管已经在歼-10B上验证过了,但在可靠性和寿命上与美俄还有差距。(图片来自网络)


江山何沉


矢量发动机大家应该听得多了,尤其是在五代机上面,大推力的矢量发动机是必不可少的一环,那么什么是矢量发动机呢?最简单的定义就是喷口可以往不同的方向转动从而产生不同方向推力的一种发动机,即发动机推力的方向是可控的而不是固定的,其实学过中学物理的从名字中也可以大概知道这是怎样的发动机了,因为矢量就是由大小和方向定义的一种物理量(对应标量是只有大小没有方向的)。

矢量发动机对飞机的机动性可以起到很好的附加作用,通过控制发动机尾管的偏转,就能获得不同方向的推力与附加力矩,从而实现飞机的各种机动动作,但是大家要注意,矢量喷口的存在并不能使得发动机获得额外的推力,作用仅仅是改变高温高压喷气的方向。

至于矢量发动机的推力比(推力比数值越大,则发动机的性能越好)

大于普通发动机,那是因为矢量喷口的转动会损失一部分喷气能量,使得发动机的推力低于理论数值,而为了弥补这一部分损失的推力,就必须在保证矢量喷口在可以损失推力的情况下发动机整体给予更大输出功率,获得更大推力,所以这也是为什么矢量发动机的制造门槛那么高的原因之一!

对于普通发动机来讲,矢量发动机能给战斗机带来更好的机动性

比如短距离起降和狗斗时的敏捷性,这个想必不用我多说了,另一个重要的优势就是可以减重和增推,因为一般发动机的功率远大,其体积和重量也相对会更大,那么对整个飞机的控制以及气动布局都会有影响,使得飞机的整体重量也更大,但是矢量发动机可以解决这个问题,因为矢量发动机能在输出相同推力的同时,让飞机整体拥有较小的结构重量(不是发动机轻了,而是飞机整体都减重了),即矢量喷口其实就相当于替代了飞机一部分的控制功能,所以整个机体在机动控制方面的设计数量和面积就可以相应减少,从而使飞机整体重量减小!

最后一点就是隐身性能,前面也说了,矢量发动机可以有效减少飞机整体飞控面积的设计,而飞机的隐身性能绝大部分又体现在气动布局上,而不是大家以为的隐身涂料上,所以,减少飞控面积其实就相当于变相的提高了隐身性,因为反射的雷达波也相应减少。最后说一句,矢量发动机可以说是人类科技之大成,目前只有美俄才彻底掌握了制造方法!


哨兵ZH


目前大家公认的矢量发动机是喷口可以向不同方向偏转,产生不同方向推力的发动机。

说得简单点就是喷口可以转动,为飞机提供不同方向的推力。这样的好处就是可以获得除了可动翼面以外的偏转力矩。能够使得飞机的姿态变化更剧烈,也就是飞机变得更灵活。印度SU30MKI应该算是世界上一个真正服役了三元(三维度)矢量发动机战机的国家。印度人用这款战机做出了很多当时其它战机无法完成的战术动作。在很多次军演中,美国人的F15战斗机在追逐过程中被SU30MKI直接在空中扭过机头反杀。虽然美国人认为这种战斗机瞬间扭头,只能提供非常短的射击窗口时间不足以支持战机开火击落敌机。不过也可以发现矢量发动机对于空战中的缠斗是非常重要的。

随着电子技术的进步,战斗机狗斗或者说近身缠斗的机会越来越小。在现在的技术下,第四代格斗弹配合头盔瞄准具甚至是整合了显示功能的头盔,基本上可以确保缠斗过程中战机的机动无法摆脱。而超视距空战也因为空空导弹的性能不断提升,导弹的不可逃逸区不断变大。所以很多人认为矢量发动机在之后空战里作用越来越小。

随着战斗机更新换代,超音速巡航进入了大家的视野成为了重型五代机的必备指标。然而在超音速的条件下,光靠翼面产生的偏转力对高速的战机能起到的转向效果实在有限。这个时候有矢量发动机提供额外的偏转力就再好不过了。不过在超音速条件下是不能让飞机做出SU35在航展上那类似UFO鬼畜般机动的。

现在能够见到的矢量偏转一般有三元矢量,俄罗斯的30发动机,117S发动机等都是三元矢量,可以让喷口在一个锥形范围内偏转。美国的二元矢量,这个技术可以让喷口在上下两个方向偏转,虽然提供偏转力少了一个方向但是推力的损失比三元小很多。日本人的三个扰流片冒充矢量技术其实美国人最先弄,不过美国人觉得没什么意思就没弄了,这个其实算个假冒伪劣的矢量技术。


兵器次元


矢量发动机的定义

航空发动机喷口可以向不同方向偏转以产生不同方向的推力,通过尾喷管偏转获得控制力拒实现战机飞行姿态的变化控制,这就是矢量发动机最为简单的定义和理解。

误区纠正

具有矢量喷口的航空发动机并不能让战机获得一丁点儿的额外推力,仅仅是航空发动机的压缩和燃烧的混合气体通过喷口偏转改变方向而已,具有矢量推力的发动机在某种程度上也会让发动机本身失去一小部分推力,这也是矢量发动机在研发和制造上最难的难点之一。

EG:这就好比美国海军现役的F-35战机,F-35战机装配的是F-135型加力发动机,可以让F-35实现垂直起降。但是,这种矢量技术也只能仅仅让战机实现垂直起降,对战机本身的高机动性没有任何额外的贡献。所以,这也是当前很多现役的三代战机的机动性也远远超过F-35战机根本原因,譬如:歼-10系列、歼11系列、苏-30系列、苏-35、台风、阵风等。

矢量发动机与普通发动机的区别

目前,矢量发动机早已是军事大国必有的航空航天技术之一,各大国之所以如此重视矢量发动机的研发是因为矢量发动机有以下优势:

1、提升战机灵活性,增加狗斗能力

战机的灵活性主要体现在短距起降和近身狗斗两个方面,这在战时十分关键。

2、增加战机推力,减轻战机质量

按照惯例,战机的发动机推力越大,质量约轻就越好,因为这样可以提升战机的整体作战效能,矢量发动机的问世就能较大程度解决这两个方面的问题。

注解:减重是指喷口兼顾战机操作功能,相对减重,相对增推。

3、战机的全隐身性能

矢量发动机对于战机结构而言异常重要,因为这是战机具备全隐身性能前提,这也是为什么F-22/歼-20/苏-57/F-35等四代战机都要装配矢量航发的根本原因之一。

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墨墨观察


1..矢量又称向量(Vector),最广义指线性空间中的元素。它的名称起源于物理学既有大小又有方向的物理量,通常绘画成箭号,因以为名。例如位移、速度、加速度、力、力矩、动量、冲量等,都是矢量。 可以用不共面的任意三个向量表示任意一个向量,用不共线的任意两个向量表示与这两个向量共面的任意一个向量。相互垂直的三个单位向量成为一组基底,这三个向量分别用i,j,k表示. 常见的向量运算有:加法,内积与外积。

2..矢量图形是使用即直线和曲线来描绘图形的。特点:不宜描绘照片图片,文件尺寸小,分辨率具有独立性即改变分辨率时质量不损失。矢量图是由一些数学方式描述的曲线组成,其基本组成单位是锚点和路径.不论放大多少倍缩小多少倍它的边缘都是平滑的.

3...矢量发动机说通俗点就是喷口可以向不同方向转动以产生不同方向的加速度!

推力矢量技术

简而言之,推力矢量技术就是通过偏转发动机喷流的方向,从而获得额外操纵力矩的技术。我们知道,作用在飞机上的推力是一个有大小、有方向的量,这种量被称为矢量。然而,一般的飞机上,推力都顺飞机轴线朝前,方向并不能改变,所以我们为了强调这一技术中推力方向可变的特点,就将它称为推力矢量技术。

不采用推力矢量技术的飞机,发动机的喷流都是与飞机的轴线重合的,产生的推力也沿轴线向前,这种情况下发动机的推力只是用于克服飞机所受到的阻力,提供飞机加速的动力。

采用推力矢量技术的飞机,则是通过喷管偏转,利用发动机产生的推力,获得多余的控制力矩,实现飞机的姿态控制。其突出特点是控制力矩与发动机紧密相关,而不受飞机本身姿态的影响。因此,可以保证在飞机作低速、大攻角机动飞行而操纵舵面几近失效时利用推力矢量提供的额外操纵力矩来控制飞机机动。第四代战斗机要求飞机要具有过失速机动能力,即大迎角下的机动能力。推力矢量技术恰恰能提供这一能力,是实现第四代战斗机战术、技术要求的必然选择。

我们可以通过图解来了解推力矢量技术的原理。

普通飞机的飞行迎角是比较小的,在这种状态下飞机的机翼和尾翼都能够产生足够的升力,保证飞机的正常飞行。当飞机攻角逐渐增大,飞机的尾翼将陷入机翼的低能尾流中,造成尾翼失速,飞机进入尾旋而导致坠毁。这个时候,纵然发动机工作正常,也无法使飞机保持平衡停留在空中。

然而当飞机采用了推力矢量之后,发动机喷管上下偏转,产生的推力不再通过飞机的重心,产生了绕飞机重心的俯仰力距,这时推力就发挥了和飞机操纵面一样的作用。由于推力的产生只与发动机有关系,这样就算飞机的迎角超过了失速迎角,推力仍然能够提供力矩使飞机配平,只要机翼还能产生足够大的升力,飞机就能继续在空中飞行了。而且,通过实验还发现推力偏转之后,不仅推力能产生直接的投影升力,还能通过超环量效应令机翼产生诱导升力,使总的升力提高。

装备了推力矢量技术的战斗机由于具有了过失速机动能力,拥有极大的空中优势,美国用装备了推力矢量技术的X-31验证机与F-18做过模拟空战,结果X-31以1:32的战绩遥遥领先于F-18。

使用推力矢量技术的飞机不仅其机动性大大提高,而且还具有前所未有的短距起落能力,这是因为使用推力矢量技术的飞机的超环量升力和推力在升力方向的分量都有利于减小飞机的离地和接地速度,缩短飞机的滑跑距离。另外,由于推力矢量喷管很容易实现推力反向,飞机在降落之后的制动力也大幅提高,因此着陆滑跑距离更加缩短了。

如果发动机的喷管不仅可以上下偏转,还能够左右偏转,那么推力不仅能够提供飞机的俯仰力矩,还能够提供偏航力矩,这就是全矢量飞机。

推力矢量技术的运用提高了飞机的控制效率,使飞机的气动控制面,例如垂尾和立尾可以大大缩小,从而飞机的重量可以减轻。另外,垂尾和立尾形成的角反射器也因此缩小,飞机的隐身性能也得到了改善。

推力矢量技术是一项综合性很强的技术,它包括推力转向喷管技术和飞机机体/推进/控制系统一体化技术。推力矢量技术的开发和研究需要尖端的航空科技,反映了一个国家的综合国力,目前世界上只有美国和俄罗斯掌握了这一技术,F-22和Su-37就是两国装备了这一先进技术的各自代表机种。

我国现在也展开了对推力矢量技术的预先研究,并取得了一定的成果,相信在不远的将来,我们的飞机也能够装备上这一先进技术翱翔蓝天,增强我国的国防实力


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矢量发动机的概念:矢量发动机,是喷口可以向不同方向偏转以产生不同方向的推力的一种发动机。这是最简单的定义。

通过尾喷管偏转,利用发动机产生的推力,获得附加的控制力矩,实现飞机的姿态变化控制。



还要纠正一些非常普遍的误区,那就是矢量喷口发动机并不能获得额外推力,只是把经过发动机压缩和燃烧的高温高速混合气体通过可以偏转的尾喷口改变方向,就像你把一段橡胶水管接在水龙头上,然后拧开水龙头,水流的大小不会因为你控制的橡胶管的摆动方向而增大。

理论上同样功率的发动机运用了矢量技术,还以损失一部分推力,这就提高了矢量发动机的制造门槛,那就是你需要在保证可以偏转喷口损失推力的情况下用整体更高的出力来弥补这种损失。



另外,矢量发动机之所以推力比较大,是因为尾喷口在偏转的时候,会消耗一部分高温高速燃气的能量,造成发动机实际推力比理论数值低一些,如果发动机本身的推力就不大,那损失的推力就会影响到战机整体的推重比,强行使用适量尾喷口的话会得不偿失。


目前四种矢量技术在涡扇航空发动机上之应用:

一.是扰流矢量舵片技术,美国、欧洲、俄罗斯、日本都有型号,原理和燃气舵相类,不过这个舵片是不可分化的;这个最简单,对发动机要求也低,对轻型飞机的机动性能提高的多,起点低。



二.是二元矢量喷口,这个力只能垂直在飞机的飞行线路上,无论怎么飞,这个力只能是垂直作用的,比如美国人的是四片,但是左右两侧是死的,能动的就是上下,飞机平飞,则力可以上下作用,需要飞机侧飞时,才能有所谓的“左右摆动”。



三.是多元矢量喷口,也是轴对称技术,二元矢量比扰流矢量舵片要先进,但是还是在垂直摆动的水平,对飞行器的调控性能有限,所以从敏捷格斗导弹上开始出现了所谓“360度”喷口的研究(这个开始主要为垂直发射的防空导弹,快速变向,更好的降低因为爬升而损失的时间及燃料,从而降低导弹的重量并增加拦截效率),后来因为结构重量等问题,反而在飞机这类大型飞行器上得到了应用,此技术应用最典型的就是前苏联。




四.是喷流技术,这是今后研究的大方向,现在发动机都是从飞机屁股往后面喷气,今后可能是从飞机的后半球N个小喷气孔协调的盆子,极大的减少了飞机的飞行气动力控制平面的数量,很好的促进了翼身融合。目前在无人机上已经得到了很好的验证。


罐头饼干


关于矢量发动机问题的问答,军林纵横的回答,除了说中国也有矢量发动机这点有点吹牛以外,也算很详细了。为便于大家科普,我再强行补充回答。

一、什么是失量发动机?与普通发动机有哪些差别?

普通发动机只能产生一个方向的推力,就是向后。或者向前(启动反推力),比如飞机降落时,推力就是向前的。(不然飞机的跑道不够长,飞机就“出轨”了,哈哈😄)

矢量发动机可以为飞机提供除向前或向后推力外,还可以提供其他方向的推力,比如向上向下向左向右左上左下右上右下………

二、矢量发动机有什么好处?

关于矢量发动机的好处,可以写一百篇论文了。简单来说,主要有两点:

1、可以做各种高难度的动作。 在两机对战时,高难度动作能够迅速摆脱敌机的追踪和锁定。

2、可以短距离起降或者垂直起降。尤其在寸土寸金的航母上,这个功能就显得厉害了。

一句话概括就是:矢量发动机,就像中国的喷子一样,想往哪喷就往喷!(中国的喷子快赶上矢量发动机的喷力了)


三、制造矢量发动机难吗?

难!太难了!

为什么难?

1、我们都知道喷气发动机,尾口的火焰温度非常非常高。失量发动机的喷口,不仅要承受这么高的温度,而且要在如此高的温度之下,能够灵活的变形转弯,还要非常的结实耐用。

2、加工技术。在强大的喷力下,适量发动机喷口的压力也是非常大的。如何保证在这么大的压力下不漏气?

3、矢量发动机尾口的控制。普通发动机只需控制推力的大小即可。而失量发动机不仅要控制推力的大小,还要控制推力的方向。这个说起来挺简单,但目前为止,太阳系里只有三个国家能做到(美俄英)

我也希望中国有矢量发动机。但是很遗憾,目前还没有。但以中国目前的发展速度,我相信在不远的将来,中国一定会拥有,并且超越他们。


全景观看


你好,我是迷彩派,我来回答这个问题。

矢量发动机其实从类别上分,可以分为航空矢量发动机和航天矢量发动机,日常生活中我们说的“矢量发动机”大多数是指航空矢量发动机。

对于航空发动机来说,传统习惯认为喷气发动机只能提供向前的推力,飞机的机动性和操纵性所需要的力矩要用飞机的气动舵面来提供,所以飞机受到通常所说的失速极限的限制。推力矢量技术的出现,从根本上改变了人们上述的观点。推力矢量喷管可具有操纵飞机的偏航、俯仰、横滚等能力,甚至可越过通常所说的失速极限操纵飞机。推力矢量喷管这一划时代的高新技术为航空技术带来了又一次革命,使飞机的性能有大幅度的提高。具体表现在:提高飞机的机动性和敏捷性,甚至过失速状态的机动能力;减少飞机的气动舵面,减小尾翼,甚至成为无尾飞机,从而减少阻力,减轻重量;减少红外辐射,增加隐身能力;增加了短距起落能力;提高了生存能力和战斗能力。

图:俄罗斯117S发动机侧视图

设计工作离不开试验验证,像推力矢量喷管这样的高新技术,更需要进行大量的试验验证工作,其中包括模型试验、全台试验、地面验证试验和飞行试验等。

国外开展推力矢量喷管技术的研究较早,其中美国、前苏联处于领先地位,此外西班牙、法国、以色列、德国、英国、瑞典等国也开展了一些研究工作。中国开展推力矢量喷管技术的研究也很早,但离实用化还有一段路要走。


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