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什么是矢量发动机?矢量发动机比一般发动机有哪些优势?请高人科普一下?(29个回答)

 hyztsguan 2017-01-23

什么是矢量发动机我想前面几位答主的回答已经比较全面了,我来进行一些补充。
1、矢量发动机的概念,与普通发动机的区别?
简单理解就是推力方向可控。
我们知道的常规飞机发动机只能给飞机一个向前的推力,用于飞行器正常飞行;或者向后的推力(启动反推力以后),用于飞行器剧烈减速比如降落时。


而推力矢量发动机可以为飞行器提供除了前后方向以外,其他方向的推力。
至于好处,就是第二个问题

2、有哪些先进性?
推力矢量有多先进,我也说不准,我就稍微举几个例子。
冷战时期,各军事大国都在凶狠发展武器,这个大家都知道,有两个比较悲剧的是英国和苏联。
他们俩没像样的航母啊,飞机进入喷气时代以后,他们的航母不来力,不能像美帝一样上牛B飞机,咋办?研究短距起降甚至垂直起降呗~
于是地球上头两种推力矢量喷气机诞生了,分别是英国的“鹞”Mk.50式战斗机和苏联的Yak-36技术验证机。(谁先谁后我懒得查了,请众卿家领会精神)
这里总结下论点1:推力矢量技术诞生是为了使喷气式飞机具备 短距/垂直起降 能力

目前我们人类研究出了以下几种垂直/短距起降喷气机:

这丑了吧唧的东西就是YAK-36技术验证机,注意机腹下的圆形喷口。
那玩意儿是可以转的,垂直起降时旋转到朝下的位置提供向上的推力帮助飞机起飞/降落,平飞时喷口向后,提供向前推力使飞机平飞。


这是美帝的AV-8B海鹞式,注意机体侧面的喷口,也是可以转到朝下的。
你可能会问,刚刚不是说这是英国的“鹞”Mk.50式战斗机么?怎么变成美帝的AV-8B了?美帝的航母不是有各种高性能喷气机么?
因为美帝海军陆战队的直升机航母、船坞登陆舰需要啊,所以找英国买了版权,自己生产了一批,用于海军陆战队空中支援,这也是后来JSF计划要求X32B、X35B具备短距起降能力的原因。



这是著名的Yak-38铁匠,也就是前面Yak-36的正式发展型。
从图里我们可以看到机身前部有两台小发动机,机身后部的发动机才是具备推力矢量能力的喷口,这个设计被借鉴到了美帝的F35B上。
然而这个看起来很美的设计有个巨大的缺陷,那就是在正常飞行阶段,升力发动机完全是死重,严重降低了飞机的机动性、速度、航程、载弹量。所以这货苏联也没装备多少,就开发了下一款叼炸天的玩意儿。

叼炸天的就是这货,Yak-141,之所以说他叼,纯粹是因为发动机叼,推力巨大,太阳系第一款能超音速的垂直起降战斗机,仅就速度而言,就算是美帝的F35B也得跪在他面前。(这个我也没考证,大家领会精神,不过有传说TG搞到了这款发动机,并且快要出货了,注意这是传说,不要迷信)
再后来就是F35B的故事了,这玩意儿没啥好说的,小学生都比我背得熟。

然而说了那么多,题主可能觉得推力矢量发动机不叼啊,这些飞机全都是些渣渣。
确是,这些飞机一点都不叼,然而太阳系有个吊打外星人的美帝,推力矢量到了他手里又是另一番景象。
首先要出场的是美德合作搞的X-31
由于之前的电脑模拟显示过失速所提的敏捷性对空战时使用机炮的影响比较大,对导弹则完全不同。因为导弹射击时只有迎角限制的关系,因此模拟空战中只用机炮作为武器,飞机之间的交战距离一般由机炮的极限射程开始,然后快速进入机炮缠斗。从 1993 年 11 月~1994 年,在 X-31 与 F/A-18 之间进行了一系列的模拟空战,在 X-31 飞机不使用推力矢量技术与 F/A-18 飞机同向并行开始空中格斗的情况下,16 次交战中 F/A-18 赢了 12 次;而在 X-31 使用推力矢量技术时,66 次交战 X-31 赢了 64 次。

  在与 F/A-18 的模拟空战中 X-31 可谓大获全胜出尽了风头,而这些胜利都是仰仗大迎角状态下的滚轴机动。1994 年,X-31 被转移到美国空军的 422 测试中队与 F-15 和 F-16 进行空战训练,虽然 X-31 的超级机动性能在低速领域仍然没有敌手,但因为 F-15 和 F-16 的推重比比 F/A-18 高出许多,因此在局势不利的情况下,往往可以利用推重比高的优势爬升逃逸,或者利用高度差进行攻击。

顺便,X31还可以这样飞……
叼不叼?酷不酷?有没有被电到?

以上我们可以知道,推力矢量技术是提高战斗机敏捷性最直接的手段。
然而,扰流板推力矢量存在巨大缺点就是“推力损失巨大”且因为材料问题难以用于大推力发动机(喷气机尾焰不仅温度高,而且有腐蚀性,虽然我并不理解尾焰腐蚀性是什么个意思)。
这也是为什么日本“心神”出场后遭到众军迷嘲笑的原因——小推力发动机配扰流板推力矢量,这TM能飞?!

于是人类点亮了新的科技树,“矩形二元推力矢量喷口”,这个技术极大降低了推力损失,但是带来了新的问题——体积和重量有点大。
我们先来看看毛子的产品。

这是SU27的推力矢量验证机,你看那销魂的菊花,目测这得重出去一吨吧……

当然,人类的救星美帝要厉害得多……
这是F-15S/MTD,虽然这个菊花看起来很协调,但和普通F-15比较,这菊花还是很大了。
后来这个技术长大了,成熟了,用到了F-22身上,是这样的
这是菊花张开的状态。
这种推力矢量的设计还是会损失一些推力,但相对扰流板,已经不能叫损失了,更何况美帝发动机吊打太阳系,损失这点推力,照样可以让板砖超机动。
另外,矩形喷口在1.6马赫以上不会产生额外阻力,同时会带来一些升力,因此对于超巡的F22来说,选择矩形二元推力矢量喷口是非常好的选择。


但是毛子表示不服,于是推出了自己的二元推力矢量发动机,最早用在SU-37上,长这样:

这种推力矢量技术从概念上讲有点类似YAK141或者F35B的喷口,即让整个喷管转向,从而达到改变推力方向的目的
它的缺点同样是 推力损失,但这个方案优点是相对比较简单,并且推力损失可以承受。

然而欲壑难填的人类仍在孜孜不倦的追求更牛B的武器,仅仅二元怎么能满足美帝、苏修、中修帝想往哪喷就往哪喷的愿望呢?
于是他们又鼓捣出了新玩法——能够360°指向的菊花。
顾名思义就是,依靠喷口叶片实现推力矢量,理论上可以指向任意方向。
它们长这样:
这是F-16/MATV的菊花。



这是F-15Active的菊花。

这是毛子的菊花,忘了用在谁身上了,我依稀记得Mig-29 OVT用的就是这种技术,虽然图上看起来不像。

这种技术的优点在于想往哪喷就往哪喷,然而缺点挺多的,推力损失就不说了,比二元矢量损失得多,控制系统复杂等等。

================================这里有一处修改==============================
这种矢量技术有个比较明显的缺点之前我给忘了,那就是偏转角度太小,效果不太明显
==================================修改完毕=================================

以上就是推力矢量大致的发展脉络,但除了垂直/短距起降以外,其他几种技术可以说基本是并行发展,或者说是不同国家的不同路线,相互之间没有继承关系。只是发展快慢不同。

3、设计制造的难点?
然而我并不是相关行业的研究者,讲不了太详细太深奥的东西,我就随便说一些题主自己可以想象的东西。
首先是材料,我们知道,喷气发动机尾焰温度非常、非常、非常、非常高,推力矢量喷口的动作机构首先要能承受这样的高温,并且在高温环境下正常活动、不变形,还要非常耐用。
其次是加工,尾喷口压力也是非常非常非常大,在矢量喷口活动的时候如何保证不漏气?
最后是控制,过去我们说的飞控只需要控制飞机的气动舵面,现在加进了推力方向控制,有了推力方向控制还要加进推力大小控制,这玩意儿说起来简单,做起来反正目前国内也就成飞的飞控没出什么问题,放到太阳系范围内,也只有成飞的飞控没摔飞机,美帝、法神、沈飞在开发飞控过程中及开发完成后都摔过飞机,包括F22。然而成飞和法神还没玩过带推力矢量的飞控。苏修仍然是上个世纪的模拟信号技术,我们暂时不谈。SU35SM和MIG35不清楚,SU37的矢量是手动控制……手动控……手动……手……

还有一个难点,严格来说不是推力矢量的难点,而是发动机的难点,那就是推力损失。

4、现在各国矢量发动机的研发和制造水平如何?
太阳系内能造推力矢量发动机的也就 美俄(前苏)英 三国。苏联和英国是推力矢量发动机的先驱。只是后来英国玩不动了,只好抱美帝大腿。
这就是英国的飞马发动机,装在Mk.50鹞式战斗机(AV-8B 海鹞式战斗机)上。


至于前面提到的日本,那就是个笑话,看起来它用的是扰流板推力矢量是吧,其实它是这样的……

这玩意儿跟推力矢量发动机并没有什么关系……

传说中,中修帝也在搞推力矢量发动机,而且是轴对称全向推力矢量,但目前尚未出现官八股。鉴于我国的基础工业水平,故暂未列入行列。
==========================珠海航展后的修改========================
珠海航展前后,J20爆出了一系列清晰的飞行照片,从这些照片上看,其发动机已经具备推力矢量能力,尽管偏转角度还非常小,但确实有推力矢量的偏转痕迹。
当然,这仍然还不足以确定目前我国推力矢量技术的程度,毕竟J20所用发动机来源仍然存疑,目前关于毛发国发的说法都有说不通的地方,结合以我对成飞的了解,个人认为毛发可能性略大于国发。
但总体而言并不影响各国差距的判断,即便确定J20正式装备国产矢量发动机,也不能说明我国技术超越了谁谁谁,毕竟这是一个总体工业能力的表现,单个产品仍不足以对抗人家已经玩出来的各种花样和产品体系。当我们的相关产品成体系、良品率大幅提高、性能质量稳定,我们就能骄傲地说『我也不是针对谁,我是说在座的都是辣鸡』。
===========================修改结束===========================
简单来说,美帝碾压太阳系其他国家,毛修排第二,英国……我很想给他排第三,怎奈人家自己不玩了。
美毛之间的差距,大概是7、8个中修帝。此论点不严谨,大家自行领会精神。

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