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中美俄五代战机矢量推力技术谁领风骚?且看我国如何突破
2019-10-08 11:57:22   作者:江西信息港  

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  推力矢量技术,简单来说就是偏转发动机推力方向得到操纵力矩的一种办法,在战斗机上采用推力矢量技术的历史并不太长。现代四代五代机中苏-30、苏35、苏57、F-22都是其中代表,从世界发展潮流来看,推力矢量技术五代机已是基本配置,对于正在研制的六代机来说,需要提高隐身效果而弱化或取消平尾,此时矢量推力就是必由之路。

  美国二元矢量推力的F-22战斗机

  矢量推力的价值

  有了矢量推力后,可以提高战机的飞行性能。通过全机的飞推火一体化综合控制,改善全机气动力特性。可以一定程度上降低飞行阻力,从而提高加速能力,提高航程。推力矢量技术还可以在起降时通过控制发动机的偏转,大大缩短飞机起降滑跑距离,降低起降速度需求。有利于战时快速出动和前沿部署,减少对机场及跑道的依赖。

  加装矢量推力的歼-10B战斗机

  在近战时,推力矢量技术可以大幅度提高机头的快速指向能力,快速发射锁定敌人快速发射导弹,在被攻击时能够快速摆脱敌机的追击。尤其在紧急关头,提前锁定目标发射导弹是战术核心,而这就是为什么飞机强调最大盘旋角速度的原因之一,推力矢量技术能让战机瞬间获得最大角速度。美国人的试验结果表明,在同一种战机中加装矢量推力技术,格斗几乎呈现一边倒的大比例优势,比如加装矢量推力的X-31空战F-18,虐到F-18飞行员把飞行经验写进美国飞行员培训资料中,让所有战斗机飞行员认知这一常识,面对矢量战机,尽量回避。要知道X-31验证机采用的还是导流片这种原始的矢量推力技术就已经获得巨大成功。

  美德联合验证机X-31癫痫发作的药物治疗及F-1北京哪里专治癫痫8战斗机

  推力矢量技术还可以极大地改善飞行安全性。它可以仅仅依赖于发动机正常工作,在任何不利的飞行姿态下都可以提供足够高的控制力矩,从而迅速改出危险状态,实现过失速机动飞行,并挖掘飞机极限飞行能力。美国研究显示,中程导弹对付直线飞行的波音737飞机可以做到80-100公里的射程,但假如对付一种接到预警且做9G机动的战斗机,射程可能降低到20-30公里,而且命中率严重下降。按照美国AIM-120空空导弹的实战数据,对付高G洛阳治癫痫的好医院是哪家机动的战斗机,命中率不到5成。

  高G机动的歼-20战斗机

  机械偏转式矢量推力技术详解

  推力矢量的鼻祖是导弹和火箭上的燃气舵,而飞机的燃气舵设计,就是机尾罩外侧加装向内、向外径向转动的尾板,靠尾板的转向来改变机尾气流的方向,实现推力矢量。其优点是结构简单、成本超低,但存在重量和外廓尺寸大、气动效率低等固有缺陷。

  从推力矢量实现方法来看,分为两大类。一种是射流式,一种是机械偏转式。射流式机构简单,但是效率偏低,所以长期以来不受重视,而偏转式方兴未艾,大行其道。随便提一句,日本的五代机“心神”技术验证机采用的也是X-31这种比较原始的技术。

  采用原始矢量推力技术的日本五代“心神”机

  实用化的推力矢量技术是机械偏转式,可以分为二元和三元,从外观看,扁喷口是二元式,圆喷口是三元式。这两种喷口各有千秋,二元推力矢量喷管笨重复杂、发动机从圆柱形加力燃烧室往后折转到扁口,大体会有10%左右的流动损失。俄罗斯使用的苏27改装二元喷口的测试结果显示推力损失达14%-17%,而美方坚称F-22的损失不到10%,为了实现二元喷口,俄罗斯采用高温金属材料,使苏27增重500千克。导致俄罗斯最终放弃了二元喷口。F-22采用了航天飞机的耐冲刷陶瓷技术,所以增重有限,只有260千克,在衡量了隐身及后体阻力上有足够的收益之后,美国人义无反顾采用了二元矢量推力技术。

  F-22二元推力矢量喷管相当笨重复杂

  F-22二元矢量喷口

  三元推力矢量技术也称为轴对称推力矢量技术,这种技术主要分两大类:单向偏转和全向偏转。俄罗斯苏30、苏35以及苏57采用了单向偏转方案。发动机喷管分为关节段和收扩段。关节段负责驱动收扩段偏转,收扩段负责常规的喷口收扩调节。优点是洛阳治癫痫的好医院是哪家喷管可不做任何改动,喉道与出口也无需改动,改动简单,在喷管前装一个关节就搞定。但这大大缩短了发动机矢量推力的偏转力臂,而且可转喷管部分笨重,动作机构重量很大。由于转动部分太长,造成迎风面积大幅度增加,速度越高阻力越大,实际上得不偿失。所以除了俄罗斯,其他国家都放弃了这种设计。

  早期采用笨重矢量推力发动机的苏27

  俄罗斯矢量发动机喷管偏转效果

  全向偏转轴对称推力矢量技术是世界发展主流,也是中国歼10B推力矢量验证机使用的技术,包括研制成功的涡扇10改进型发动机以及投入使用的涡扇15五代机矢量推力发动机。在这种技术路线下,喷管扩张段同时承担偏转与收扩双重功能,收缩段保持原有结构不变。优点是几乎不改变发动机性能,由于偏转段特别靠后,推力矢量相对于重心力臂更大,所以在同样偏转角下产生的力矩更大。而且由于偏转部分更短更轻,同样的操纵功率下,偏转速度更快,甚至可以高达60度每秒,而单向偏转方案只能达到这个数据的一半。全向偏转轴对称增加的迎风面积极小,使得推力矢量工作时后体阻力更小,但对发动机机构、材料与控制提出了非常高的要求。

  即将加装矢量推力发动机的歼-20战斗机

  我国全向偏转轴对称推力矢量效果图

  歼10B的试飞成功,表明我国在未来主流矢量推力技术方面,取得举世瞩目的成就,也为歼-20和涡扇15矢量推力发动机的搭配创造了良好条件,对于这项技术的掌握,意味着中国有资格完善自己的五代机,而且向更新一代战机迈进。

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