中国矢量推力发动机大量细节曝光:控制技术完全被突破

正在举行的珠海航展上,歼-10矢量推力技术验证机首度揭开神秘面纱,为全世界观众带来精彩绝伦的高难度机动飞行展示。至此,中国成为继美国、俄罗斯等国之后,又一个正式宣告突破矢量推力发动机技术的国家。


歼-10矢推版飞行表演【摄影:DS走近哈佛】

歼-10矢量推力技术验证机,不仅可以算是中国机动性最强的非隐身战机了,在全世界范围内也属于一流。不过这架验证机并非全新制造,而是由1034号歼-10B原型机改造而来。

其机头保留了看起来很夸张的机头空速管,其实这是高精度多功能探头,表明这架原型机曾主要用于验证气动和操控方面。在加装轴对称矢量推力喷管之后,歼-10矢推版机动性和敏捷性大大增加,也很需要在试飞验证时获取高精度的飞行参数,因而保留了夸张的机头空速管。


1034的四位数试飞编号,机头保留了夸张的高精度空速管【摄影:Hunter-Chen】

这张图中红圈处,是歼-10B原型机阶段加装的反尾旋伞安装支架,用于进行高风险尾旋试飞科目。1034号机改装国产涡扇-10“太行”的矢量推力发动机后,并没有拆除反尾旋伞支架。

种种迹象,可以推测出,这次歼-10矢推版曝光的时间节点,距离矢量推力技术开始上机验证并没有多久。也就是说,中国矢量推力技术很可能是一经完善定型,就大方地向全世界公开展示出来,这在中国航空技术发展史上是比较罕见的。


中国航发展示的矢量推力发动机控制技术

在本届珠海航展上,除了这架隶属于航空工业的歼-10矢量推力技术验证机高调亮相,在室内展厅,中国矢量推力发动机相关技术细节也一并展示,公开程度令人惊讶。中国航发集团旗下各个子单位带来了各种先进产品展示,其中对矢量推力发动机相关的控制技术进行了公开展示。


歼-10矢推版,地面状态下,尾喷管明显偏转【摄影:Hunter-Chen】

矢量推力发动机有两大技术难点,一是尾喷管的结构和材料设计应用,二是对矢量推力的控制以及和飞控系统的交联问题。其中,矢量推力发动机的控制问题除了常规的推力大小控制,还多出了推力方向变化对飞机运动姿态的影响;这种影响十分复杂,而且并不一定就都是有益的,控制不好的话反而会恶化飞行品质,甚至容易造成失控。


机动飞行中的歼-10矢推,点燃了加力,火焰通透明亮【摄影:Hunter-Chen】

因此,矢量推力控制系统就显得十分重要了。对尾喷管的自身运动控制来说,要确保偏转作动机构稳定可靠,不能造成震荡,也不能响应迟缓。对全机飞控系统来说,矢量推力的控制要与气动控制律深度交联,各个气动舵面偏转与尾喷管偏转实现完美配合,这样才能充分发挥飞机本身气动设计和矢量推力各自的最大效能,做到1+1>2,实现各类非常规机动。

俄罗斯最早在卖给印度的苏-30MKI战斗机上批量应用矢量推力技术,但那时的俄制控制系统技术落后,无法实现矢量推力和飞控的深度交联,因而实际性能大打折扣。


2018珠海航展上,中国航发展示的矢量喷口控制装置,实物

在本届航展上,中国航发集团带来了航空发动机控制系统的完整解决方案,其中就包括了矢量推力发动机。中国完全依靠自身力量,彻底突破了“飞-推”一体化交联控制技术。从这次展出的各个部件都是实物就可以看出来,包括矢量喷口控制装置在内的各项子系统和零部件设计,国内都已经比较完善成熟。



展示的航空发动机控制系统子部件

必须指出,中国对矢量推力技术的深入研究已经持续了至少二十年,技术积累很丰厚,应用已经较为成熟。此次航展上,中国在矢量推力技术方面取得的成果,完全可以用“厚积薄发”这个成语来形容。