【簡介：】火箭發(fā)動機利用氧化劑與還原劑反應，產(chǎn)生大量的氣體，利用拉瓦爾噴口，提高了噴氣速度，飛機發(fā)動機的噴口是收斂型的，也是為了提升氣流速度，可以額外提升將近20%的動力。但一般戰(zhàn)斗機

火箭發(fā)動機利用氧化劑與還原劑反應，產(chǎn)生大量的氣體，利用拉瓦爾噴口，提高了噴氣速度，飛機發(fā)動機的噴口是收斂型的，也是為了提升氣流速度，可以額外提升將近20%的動力。但一般戰(zhàn)斗機噴口都是矢量推力噴口，可以根據(jù)需要調整方向與大小，兩種噴口都是為了提速，但飛機發(fā)動機噴出氣流流速小，拉瓦爾噴管氣流速度一般都是十幾馬赫

矢量推力噴管

推力矢量技術綜述

　　一.概述
　　推力矢量技術是指發(fā)動機推力通過噴管或尾噴流的偏轉產(chǎn)生的推力分量來替代原飛機的操縱面或增強飛機的操縱功能，對飛機的飛行進行實時控制的技術。對它的應用，還得依靠計算機、電子技術、自動控制技術、發(fā)動機制造技術、材料和工藝等技術的一體化發(fā)展。
　　利用推力矢量技術到新設計和改型的下一世紀軍用飛機上，的確是一個有效的技術突破口，它對戰(zhàn)斗機的隱身、減阻，減重都十分有效。
　　推力矢量技術能讓發(fā)動機推力的一部分變成操縱力，代替或部分代替操縱面，從而大大減少了雷達反射面積；不管迎角多大和飛行速度多低，飛機都可利用這部分操縱力進行操縱，這就增加了飛機的可操縱性。由于直接產(chǎn)生操縱力，并且量值和方向易變，也就增加了飛機的敏捷性，因而可適當?shù)販p小或去掉垂尾，也能替代其他一些操縱面。這對降低飛機的可探測性是有利的，也能使飛機的阻力減小，結構重減輕。因此，使用推力矢量技術是解決設計矛盾的最佳選擇。許多年來，美、俄等國作了大量的飛行試驗，證明了利用推力矢量技術的確能達到預定的目的。
　　1991年4月海灣戰(zhàn)爭結束后，五角大樓拿出500億美元，研制不同于F-117的新型隱身飛機，使用了推力矢量技術，于是就有了基本滿足上述多種要求的F-22戰(zhàn)斗機。俄羅斯開展隱身和推力矢量技術的應用研究包括，米格1.44利用發(fā)動機向不同方向發(fā)出的氣流的反作用力可以迅速改變方向?！逗喪戏绖罩芸吩?992年就說俄羅斯人已經(jīng)超越了F-117，直接研制出了現(xiàn)代的超聲速攻擊機，成了F-22的競爭對手。
　　二.技術分類及對飛機總體性能的影響
　　2.1折流板
　　70年代中期，德國MBB公司的飛機設計師沃爾夫崗·赫爾伯斯提出利用控制發(fā)動機尾噴流的方向來提高飛機的機動能力。1985年美國國防預研局和MBB公司聯(lián)合進行了可行性研究，1990年3月，美國Rockwell公司、Boeing公司和德國MBB公司共同研制的在發(fā)動機尾噴口裝有可改變推力方向的3塊碳纖維復合材料舵面的試驗驗證飛機X-31出廠，并進行了試飛，其舵面可相對發(fā)動機軸線偏轉±10°，在迎角為70°時仍能操作自如，并具有過失速機動能力[1,2]。

　　從1993年11月－1994年年底，在X-31與F-18之間進行了一系列的模擬空戰(zhàn)，在X-31飛機不使用推力矢量技術與F/A-18飛機同向并行開始空中格斗的情況下，16次交戰(zhàn)中F-18贏了12次；而在X-31使用推力矢量技術時66次交戰(zhàn)X-31贏了64次[3]。此外，美國在F-14和F-18上分別安裝折流板進行了試驗。
　　一般來說，折流板方案是在飛機的機尾罩外側加裝3或4塊可作向內、向外徑向轉動的尾板，靠尾板的轉向來改變飛機尾氣流的方向，實現(xiàn)推力矢量。這種方案的特點是發(fā)動機無需做任何改裝，適于在現(xiàn)役飛機上進行試驗。其優(yōu)點是結構簡單，成本較低，作為試驗研究有一定價值。但有較大的死重和外廓尺寸，推力矢量工作時效率低，對飛機隱身和超音速巡航不利，所以它僅是發(fā)展推力矢量技術的一種試驗驗證方案。
　　2.2 二元矢量噴管
　　二元矢量噴管是飛機的尾噴管能在俯仰和偏航方向偏轉，使飛機能在俯仰和偏航方向上產(chǎn)生垂直于飛機軸線附加力矩，因而使飛機具有推力矢量控制能力。二元矢量噴管通常是矩形的，或者是四塊可以配套轉動的調節(jié)板。二元矢量噴管的種類有：二元收斂－擴散噴管（2DCDN）、純膨脹斜坡噴管（SERN）、二元楔體式噴管（2DWN）、滑動喉道式噴管（STVN）和球面收斂調節(jié)片噴管（SCFN）等。
　　通過研究證實，二元矢量噴管易于實現(xiàn)推力矢量化。在80年代末，美國兩架預研戰(zhàn)斗機YF-22/F119和YF-23/F120均采用了這種矢量噴管。
　　二元矢量噴管的缺點是結構比較笨重，內流特性較差。
　　2.3 軸對稱矢量噴管
　　推力矢量技術的研究最初集中在二元矢量噴管，但隨著研究的深入發(fā)現(xiàn)二元噴管優(yōu)點雖多但缺點也很明顯，尤其是移植到現(xiàn)役飛機上相當困難。因此又發(fā)展了軸對稱推力矢量噴管。GE公司在20世紀80年代中期開始軸對稱推力矢量噴管的研制，其研制的噴管由3個A9/轉向調節(jié)作動筒、4個A8/喉道面積調節(jié)作動筒、3個調節(jié)環(huán)支承機構、噴管控制閥以及一組耐熱密封片等構成。
　　2.4 流場推力矢量噴管
　　流場推力矢量噴管完全不同于前面幾種機械作動式推力矢量噴管，其主要特點在于通過在噴管擴散段引入側向次氣流（Secondary Fluid）去影響主氣流的狀態(tài)，以達到改變和控制主氣流的面積和方向，進而獲取推力矢量的目的。它的最主要優(yōu)點是省卻了大量的實施推力矢量用的機械運動件，簡化了結構，減輕了飛機重量，降低了維護成本。
　　實現(xiàn)流場推力矢量控制有多種途徑，目前研究的有以下方式：
　　1）噴流推力矢量控制。以氣流經(jīng)噴管擴散段的一個或多個噴射孔射入，強迫主氣流附靠到噴射孔對側的壁面上流動，從而產(chǎn)生側向力；2）反流推力矢量控制。在噴管出口截面的外部加一個外套，形成反向流動的反流腔道，在需要主流偏轉時，啟動抽吸系統(tǒng)形成負壓，使主氣流偏轉產(chǎn)生側向力；3）機械/流體組合式推力矢量控制。在距喉道一段距離處，裝有一個或多個長度相當于喉道直徑15％-35％的可轉動的小型氣動調節(jié)片，由伺服機構控制轉動，并可在非矢量狀態(tài)時縮進管壁，通過調節(jié)片的擾流使氣流偏轉，產(chǎn)生側向力
　　這幾種推力矢量裝置中，折流板方案只在X-31、F-14、F-18等飛機上做了試驗驗證，說明推力矢量控制飛機是有效用的，沒有被后來發(fā)展的推力矢量技術方案所采用。二元矢量噴管研究最早，技術也最為成熟，已經(jīng)為F-22等飛機所采用。軸對稱推力矢量噴管的研究稍晚于二元矢量噴管，但發(fā)展較快，己被SU-35、SU-37所采用。比較而言，軸對稱矢量噴管比二元矢量噴管功能更為優(yōu)越，技術難度更大，所以現(xiàn)在各國的研究發(fā)展重點已經(jīng)轉移到了軸對稱矢量噴管上。流場推力矢量噴管則因為研究較晚，仍在研究探索階段，離實用尚有一段距離，但將是最有前途推力矢量噴管。
　　三.應用推力矢量技術后的一些戰(zhàn)術效果
　　戰(zhàn)斗機應用了推力矢量技術后，戰(zhàn)術效果有很大的提高，根據(jù)美國、俄羅斯的應用經(jīng)驗及飛行驗證，的確如此。戰(zhàn)斗機戰(zhàn)術效果的提高可從幾方面來說明：
　　1) 起飛著陸機動性、安全性加大。由于在起飛著陸過程中，都能使用推力轉向來增加升力，從而使滑跑距離大大縮短，若用推力反向，那么效果更為明顯，因此對機場要求降低，使飛機的使用更為機動。對氣候的要求也可放松，不怕不對稱結冰、突風、小風暴對飛機的擾動，也減輕了起落架毀壞帶來的影響，戰(zhàn)斗力相對提高。
　　2) 加強了突防能力、靈活性、生存率和攻擊的突然性，這是因為減少了雷達反射面積和增加了機動性。這種突然性很為寶貴，美國空軍航空系統(tǒng)分部司令約翰M.洛赫將軍說過，在過去被擊落的飛行員中有80%未見到是誰向他們開火的。生存率的提高增加了飛行員的信心，還可相應減少戰(zhàn)斗機的配備，美國空軍計劃將空軍戰(zhàn)斗機縮減35%。
　　3) 航程有所加大，則增加了攻擊或防衛(wèi)的范圍。使用了推力矢量技術后由于舵面積的減少可使阻力減小，燃油消耗減小，相應航程加大，另外，尾部重量的減少可導至飛機總重的較大減小，相應可增加燃油，又可加大航程。
　　4) 近距格斗戰(zhàn)斗力提高，開辟了全新的空中格斗戰(zhàn)術。主要是可控迎角擴大很多，大大超過了失速迎角，機頭指向能力加強，提高了武器的使用機會。而且操縱力的增加使敏捷性增加。大的俯仰速率能夠使飛機快速控制大迎角，使機頭能精確停在能截獲目標的位置，同時盡可能按照所希望停留時間，維持和實時調整這個迎角以便機頭指向目標、鎖定和開火，隨后快速推桿，使飛機回復到較小的迎角（還原和復位）。常規(guī)飛機通常限制在遠低于失速迎角的條件下飛行，
　　5) 提高了空對地的攻擊性能，命中率有所提高，投彈后規(guī)避動作也更敏捷。