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回顧全球戰機矢量噴管技術變遷:中國又一次逆襲領先

殲-10B矢量推力噴管測試機的曝光引發了軍迷們對矢量噴管的關注,這種外形科幻的尾噴管是做什麼用的呢?

根據航空知識雜誌最新一期的解讀,這種矢量噴管是一種全向軸對稱矢量噴管(AVEN),也就是說噴管本身可以向任意方向偏轉

矢量噴管的作用就是偏轉發動機推力,把推力的一部分轉換成直接操縱力,用來大幅提高飛機的機動性

世界上第一種裝備推力矢量噴管的軍用飛機居然是A-6攻擊機原型機,該機的尾噴管在起降時可下偏產生直接升力,用於降低起降速度,但最後沒有被生產型採用

英國霍克·西德利公司在20世紀60年代研製的「鷂」式攻擊機暗轉一台「飛馬」渦扇發動機,具有4個旋轉矢量噴管,可把發動機推力轉換成升力

蘇聯的雅克-36也有類似的矢量噴管

同樣的設計一直延續到了後來的雅克-38短距起飛-垂直降落戰鬥機上

在後來的雅克-41超音速垂直降落戰鬥機上,主巡航-升力發動機的矢量噴管更是發展成複雜的三軸承旋轉噴管。三軸承旋轉噴管(3BSD)的尾噴管分成三段,接面都呈一定角度,通過三個密封圓形軸承連接起來。外部電機通過驅動旋轉段上的齒輪來讓尾噴管向下彎曲,在這個過程中前段和後段保持不動,只是中段旋轉180度。最前端的軸承負責偏航控制,可以在垂直起降模式中對噴管進行橫向偏擺。

首先應用矢量噴管來提高機動性和縮短起飛距離的是NASA的F-15S-MTD研究機,該機採用矩形二元推力矢量-反推噴管取代了F100發動機的圓形噴管。該噴管由普惠公司使用化學銑削、焊接蜂窩構件製造。噴管具有上下偏轉片,用於調節噴口截面積或使噴流上下偏轉各20度。在噴管上下各有一組反推葉片

接下來採用矢量噴管的是NASA的F-18 HARV研究機,該機在1991年安裝了矢量推力裝置,在每個發動機尾部周圍安裝了一組3片勺形擾流片,可提供全向矢量推力,研究大迎角飛行中矢量推力的控制能力

X-31研究機也採用了這種簡陋的矢量推力系統,在發動機尾噴口處安裝有三片推力導向片,可作正負10度偏轉

甚至在幾十年後的今天,日本的ATD-X仍在使用這種簡陋的、推力損失極大的矢量噴管

F-15S-MTV的二元矢量噴管存在重量大的缺點,直到進入90年代後,美國才研製出較輕量的全向軸對稱矢量噴管,並安裝在F-16和F-15上進行了測試

安裝在F-16上的是GE公司研製的核心是軸對稱矢量噴管(AVEN),通過噴管的偏流部分使超音速噴流改變方向來實現推力矢量,這樣可避免壓力波動傳導入發動機內部導致壓氣機失速。尾噴管偏流片成環形排列成一圈,通過以120度間隔布置的3個液壓動作器控制偏轉

安裝在F-15上的是普惠公司研製的俯仰-偏航平衡梁式噴管(P-YBBN),具有雙重冗餘故障安全驅動系統,可全向偏轉,最大偏轉角度20度,適用於任何型號的F100發動機

通過在NASA研究項目中的技術積累,普惠公司最終為F-22研製出成熟的二元矢量噴管。這種二元噴管可以向上或向下偏轉達20度,提高了F-22的敏捷性。噴管採用相應的邊緣導向設計,與機身邊緣平行,降低了噴管系統的雷達特性。此外這種噴管的噴流的核心流溫度區域明顯減小,降低了紅外特徵

早在蘇聯還未解體時的1990年,蘇霍伊就在蘇-27UB LL-UV(PS)測試機上測試過一種龐大的二元矢量噴管,但其龐大的體積和重量顯然無法實用化。蘇聯解體後,俄羅斯的戰鬥機矢量噴管研究一度陷入停滯。隨著俄羅斯經濟的好轉,各種矢量噴管研製又浮出水面。

莫斯科「禮炮」機械製造廠為蘇-27的AL-31F發動機研製了軸對稱矢量噴管,並安裝在蘇-27LL上進行了測試。

克里莫夫也為RD-33研製了類似的軸對稱矢量噴管,並安裝在米格-29OVT上進行了測試。除了中美俄三國之外,研製出實用化矢量噴管的只有歐洲,歐洲噴氣公司為EJ200研製了全向軸對稱矢量噴管。

殲-10B安裝鋸齒矢量噴管應該是為殲-20準備的,該機裝備新噴管後機動性和隱身性能將能進一步提高。


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