文 | 諸葛兵
只做優(yōu)質(zhì)軍事內(nèi)容，讓你獲得軍事知識，充實軍迷每一天，一萬期的長征路。
為了兌現(xiàn)小兵兵在往期文章中對粉絲的承諾，咱今天就來聊聊兔子和鷹醬家航空發(fā)動機的那點事兒~
作為工業(yè)明珠的航空發(fā)動機發(fā)展至今，飛機發(fā)動機單純的橫向性能對比，已經(jīng)無法代表最主流的發(fā)展趨勢。
況且真把枯燥繁雜的數(shù)據(jù)圖表給大家拿出來，不方便大家理解，也沒什么可讀性，所以今天胖兵選擇了一個不同的角度。
2018年的珠海航展，殲-10B TVC（Thrust Vector Control - 矢量控制噴管）表演機，之所以能超越殲-20掛彈開艙成為人氣之王，就是因為安裝了國產(chǎn)矢量噴管， 并作出了代表性的眼鏡蛇、J-Turn、落葉飄等特有動作，彌補了中國在這一領(lǐng)域的空白。
▲2018年的珠海航展殲-10B TVC做眼鏡蛇機動瞬間
推力矢量，毫無疑問是當前最為尖端的航發(fā)配套技術(shù)之一。
它能夠?qū)崿F(xiàn)推力方向，與發(fā)動機軸線方向的偏離，并輔助甚至取代傳統(tǒng)氣動舵面的控制，可有效提高戰(zhàn)機的超音速巡航、過失速機動、短距起降等能力，是五代機達成超機動性的理想標配。
▲矢量發(fā)動機這個詞并不準確，因為實現(xiàn)推力矢量靠的是噴管
實現(xiàn)這項技術(shù)的重中之重，就是矢量噴管。
而工程師們?yōu)榱藢⑺鼜淖咂T的特殊概念，轉(zhuǎn)變?yōu)榇砦磥碇髁鞯某墒煅b置，足足花了數(shù)十年。
許多人都認為，最早使用矢量噴管的飛機是英國霍克·西德利公司，于20世紀60年代研制的“鷂”式攻擊機。
但這種說法并不準確。
▲英國“鷂”式攻擊機
它的確是第一種具備VTOL（垂直起飛/著陸）能力的制式戰(zhàn)機，但 最早使用矢量噴管的，卻是更早誕生的美國的YA2F-1。
▲誕生于冷戰(zhàn)時期的YA2F-1
也許你從未聽聞過YA2F-1這個名字，但你一定知道《紅色警戒2》中盟軍的“入侵者”戰(zhàn)機。
沒錯， 游戲中“入侵者”戰(zhàn)機的現(xiàn)實原型，就是同名的A-6“入侵者”攻擊機，而這個YA2F-1就是A-6攻擊機的原型機。
它由海航機大廠格魯曼（吊打零戰(zhàn)的F6F“地獄貓”就出自該廠），應(yīng)美國海軍全天候重型艦載攻擊機的要求專門研制。
▲美國A-6攻擊機
A-6攻擊機曾是美國航母的標配，但美國海軍有要求它可以短距起降。
于是格魯曼的工程師 在機身超重、初始設(shè)計又很難修改的情況下，十分大膽的給普惠J52發(fā)動機安裝了可朝下偏轉(zhuǎn)23°的矢量噴管，變相補足短距起降時的推力需要。
▲YA2F-1的矢量噴管
雖然這項設(shè)計最終因發(fā)動機性能不足等原因未被采用，但它卻提供了一種平衡起飛載重與起降距離的新思路。
也就是說， 最早的推力矢量技術(shù)是用來縮短起飛距離的。
而“鷂”式所使用的“飛馬”（這名字聽起來有點奇怪）噴管，和雅克-38所使用的R27-300都是這種思路的延伸。
只不過它們用了更先進可靠的設(shè)計方案，完善了格魯曼的突發(fā)奇想，并將短距起飛概念推進至垂直起降的新高度。
▲專為明斯克載機巡洋艦設(shè)計的雅克-38，其獨特的升力布局啟發(fā)了后來的雅克-141乃至F-35
現(xiàn)如今， 以縮短起飛距離、弱化場地限制的推力矢量技術(shù)，應(yīng)用范圍則是以航母艦載機為主。
傳統(tǒng)陸基空優(yōu)機需要的則是矢量噴管帶來的機動性提升，兩者的側(cè)重點完全不同。
而人們經(jīng)常提到的矢量技術(shù)一般泛指后者。
▲英國女王級航母裝備的F-35B
有些朋友可能認為在矢量俱樂部中，美國喜歡二元，俄羅斯獨愛三元。
但這只是兩國代表戰(zhàn)機使用的噴管類型不同，所造成的印象錯覺而已，實際上， 美俄均在兩種噴管上花了幾十年進行探索驗證。
二元矢量方面，美國早期試驗過F-15 STOL/MTD、F-18 HARV，最終實用化的就是該領(lǐng)域的代表機型F-22。
▲ 采用二元矢量噴管的F-15 STOL/MTD
另一邊的俄羅斯曾給一架教練型Su-27UB的左發(fā)動機，安裝楔形二元矢量噴管進行測試，并命名為LL-UV(PS)。
雖然測試結(jié)果基本符合理論預(yù)期，也證明了這種噴管的實用價值，但俄羅斯的心思并不在于此。
▲兩臺發(fā)動機元量不一LL-UV(PS)
三元矢量，或者叫軸對稱矢量才是戰(zhàn)斗民族所向往的，也是我們更為熟悉的一種矢量類型。
它具備二元矢量所沒有的全向偏轉(zhuǎn)能力。
代表機型有米格-29OVT驗證機、裝備117S的蘇-35和裝備“產(chǎn)品-30”的蘇-57。
當然那些我們耳熟能詳，又令人嘆為觀止的特技動作，也基本是俄系三元矢量噴管的主打花活。
當然，這并不代表美國就玩不了三元矢量，在美國空軍、NASA、洛馬、普惠等多家巨頭的強強聯(lián)合下，美國早在上世紀就通過給F-15和F-16安裝軸對稱噴管，測出了大量數(shù)據(jù)，代表機型有F-15 ACTIVE、F-16/MATV等。
▲能夠輕松做出眼鏡蛇機動的F-16/MATV
而 我們中國的矢量噴管，是從上世紀90年代對俄羅斯的技術(shù)追蹤開始的。
一方面有未來主流技術(shù)的預(yù)研判斷，另一方面則是俄羅斯在蘇聯(lián)解體初期的經(jīng)濟困難時，進行清倉大甩賣讓我們看到了契機。
因此中國的矢量噴管，一開始就瞄準了三元這條線。
畢竟我們的航發(fā)產(chǎn)品線，還有這很濃厚的俄羅斯背景，大推的裝配體系、技術(shù)特征都以俄系技術(shù)為基礎(chǔ)，不太可能重開一條新線重新研發(fā)二元矢量（還有一個重要原因，先賣個關(guān)子）。
▲國產(chǎn)矢量噴管特寫
但這并不意味著，中國未來的矢量噴管技術(shù)就要照搬俄羅斯，畢竟 我們的獨創(chuàng)技術(shù)已經(jīng)在殲-10B TVC上得到了證明。
除了全向偏轉(zhuǎn)，國產(chǎn)矢量噴管的每一片葉片也可以旋轉(zhuǎn)，這是其他國家的噴管所無法做到的。
如果我們按照“只要時間和資源投入到位，就能攻克關(guān)鍵技術(shù)”的邏輯來假定。
現(xiàn)階段的基礎(chǔ)性能差距有望在未來追平，那么中美矢量技術(shù)的區(qū)別，很大程度上也就是二元和三元在性能、特征上的區(qū)別了。
當然 矢量噴管的選用，也并非是越先進越好，而是依據(jù)具體需要和整體設(shè)計來參考。
前文我們已經(jīng)講到，美國很早就開始對兩種矢量噴管進行研發(fā)和測試，最終選用二元而非三元，就是一種優(yōu)劣取舍。
▲美國的二元技術(shù)，實際上就是以F-22為代表
如果 單看矢量效果，全向偏轉(zhuǎn)自然要比縱軸偏轉(zhuǎn)更好，但這不是沒有代價的。
三元矢量的操控遠比二元更復雜，還面臨著嚴峻的高溫和密封考驗。
在三元矢量技術(shù)的起步階段，工程師要面臨的首要問題，就是葉片的密封性不足，氣流逸散會造成推力損失和控制不穩(wěn)定。
而僅這一個難題，就消耗了俄羅斯近三十年左右的時間。
▲117S是俄羅斯最先進的矢量航發(fā)，其密封技術(shù)比美國還要先進
與此同時，三元噴管的生產(chǎn)、維護成本也更高，控制系統(tǒng)也更復雜，需要噴管外側(cè)連結(jié)多根伺服桿與套環(huán)，才能完成360°同步偏轉(zhuǎn)的控制。
但二元噴管只要兩組導流板以供上下偏轉(zhuǎn)就足夠了，結(jié)構(gòu)要簡單許多。
▲看看三元矢量的控制有多復雜
最關(guān)鍵的是，美國人認為三元矢量付出這些代價后，換來的性能沒有太大實際價值。
可 二元矢量的優(yōu)點對于美軍來說十分有價值，那就是隱身效果好。
早期F-15 STOL/MTD所使用的2D-CD二元噴口，會造成25%的推力損失，這對于每每一牛推力都十分寶貴的航空發(fā)動機來說，根本無法接受。
▲早期的2D-CD噴口，還具備反推功能
而即便是技術(shù)進步后的今天，F(xiàn)-22的F-119發(fā)動機，因為矢量噴管收束造成的推力損失仍在15%以上。
但它遮蔽紅外信號的效果卻十分明顯，這對于以隱形為主打性能的五代機來說至關(guān)重要。
▲F-119進行地面臺架試車
再加上美國航發(fā)的大推力獨步天下，不需要特殊的氣動設(shè)計與推力偏離，一樣可以做到超音速巡航、過失速機動等超機動特征。
真要玩旱地拔蔥、懸空短停這種逆天機動，F(xiàn)-22反而吊打Su-57。
這樣看來，全向偏轉(zhuǎn)就更顯得索然無味了（推力大，真的可以為所欲為）。
▲F-22表演短距起飛+旱地拔蔥
而美國空軍也認為，隱身明顯要比玩“特技”重要得多。
再加上那個年代的飛控技術(shù)所限，選擇二元也是情理之中。
但對于中國來說，二元矢量就未必那么適用。
▲F-22的一體化控制
研發(fā)和裝配體系這個原因前文已經(jīng)提到，再有就是國產(chǎn)航發(fā)沒有那么恐怖的推力。
中國飛/火/推一體控制也沒有美俄那么成熟。
這樣一來，我們的殲20要想也具備超機動性，就需要三元矢量的全向推力偏轉(zhuǎn)，配合鴨翼氣動才能才能完成。
▲國產(chǎn)矢量噴管從一開始就選定了三元路線，這是項目為系統(tǒng)服務(wù)的必然結(jié)果
至于隱身，國產(chǎn)矢量噴管的三層設(shè)計與交錯布置，可以封閉葉片之間的縫隙，從而降低雷達反射率，這個設(shè)計思路與F-35使用的F-135發(fā)動機相同，問題不大。
當然，如果單純從技術(shù)角度來看，隨著飛控技術(shù)、耐熱材料等配套技術(shù)的進步，三元矢量自然要更加先進和全面一些。
如果此時讓洛馬重新設(shè)計F-22，結(jié)果恐怕會完全不同。
部分參考資料：
[1] 中國航空新聞網(wǎng)：小管道大學問 航空發(fā)動機尾噴管——張靜嫻
[2] 殲-10B與TVC（上）——溫哥華的魚
[3] 新浪軍事：矢量噴管技術(shù)50年前就有了 首款安裝的軍機竟是它——空軍之翼
重
要
通
知
