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歼10换矢量航发首飞成功 将助歼20完结火飞推一体化

2020-05-03 12:20栏目:武器装备
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问:涡扇15有没有矢量?

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歼-20配备推力矢量之后,将会如虎添翼

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涡扇15发动机当然有矢量尾喷了。涡扇15发动机的矢量尾喷技术已经开始在一架歼10B战斗机上开始试飞测试了,取得数据并且修改暴漏的问题后,很快就会量产进入歼20、歼10等战斗机上使用了。

根据网络媒体消息,12月25日,歼-10推力矢量验证机正式首飞成功,这表明中国在推力矢量乃至航空发动机领域取得了一个历史性突破,未来歼-20战斗机将会具备更强飞行和机动能力。

武器装备,日前,安装矢量尾喷管的歼-10原型机成功首飞,标志着我国航空工业在矢量尾喷管和太行增推改型的研制上已取得重大突破。这套动力系统将能大幅增强歼-10战斗机的机动性能,尤其是过失速机动性。

图为俄罗斯的117S发动机的三维矢量尾喷,可见其动作机构非常复杂。

推力矢量是指利用机械或者其他手段改变发动机喷流方向,这样就会形成控制力矩,为战斗机提供一种新的手段,可以有效战斗机机动性能,因此推力矢量一度被视为第四代战斗机特征之一,美国F-22战斗机、俄罗斯苏-57战斗机都装备了推力矢量技术,并且俄罗斯还用推力矢量技术来改进现有战斗机,例如苏-30SM、苏-30MKI和苏-35战斗机。

纵观战斗机发展史,世界各国先后已经研究出多种矢量尾喷管,但投入服役的却寥寥无几。矢量尾喷管的设计原理虽然简单,但对制造材料和飞控控制律的要求却很高,研制长寿命、高可靠性、轻重量的矢量尾喷管并不容易。

我国涡扇15发动机使用的矢量技术是目前世界上最为先进的隐身轴对称三维矢量技术,该技术目前还没有国家采用,117S发动机虽然采用了轴对称三维矢量技术,但是并没有采用锯齿形收敛片和隔热套来降低红外和雷达反射特征,因此并非是一款隐身发动机尾喷。目前看来,涡扇15使用的这款矢量尾喷还具有尾喷口短、能量保存好、操控机构简单等优点,重量相比F22的二维矢量发动机尾喷要降低不少。

采用二元推力矢量喷嘴的F-22战斗机,这种推力矢量喷嘴重量较大

下面就来盘点一下形形色色的矢量尾喷管。

图为我国正在歼10B战斗机上测试的新型隐身轴对称三维矢量尾喷。

采用轴对称推力矢量的苏-57战斗机

矩形二元矢量喷管

其实,矢量尾喷技术并不算什么太高大上的技术,很多国家都通过偏流板研究和体验过航空发动机尾喷矢量技术,包括我国都在上世纪80年代制造出来过二维矢量尾喷技术,也和目前F22使用的偏流板尾喷是一致的。但是矢量尾喷真正能够用于实际装备的却很少,主要难点就在于飞控技术和机械动作机构上。

从国内外资料来看,推力矢量可以有效提高战斗机的机动性能和敏捷性能,推力矢量利用发动机喷流产生力矩,不存在空气舵面气流分离问题,尤其在空气稀薄或者低空低速情况下,仍旧可以进行操纵,这样就能够扩大飞机可用迎角,拓展飞行包线,具体来说,就是飞机可用迎角可以提高1倍左右,最大升力系数提高78%,滚转效率提高50%,由于推力矢量具备较高效率,所以可以替代垂尾、平尾进行气动配平,甚至能够完全取消垂直尾和平尾,形成无尾飞机,不但降低了飞机空重,也可以提高飞机隐身性能,前面说过推力矢量在低空低速条件下还可以保持较高效率,所以它也可以提高飞机起降性能,一般认为采用推力矢量之后,战斗机起飞距离可以减少20%,而降落滑路距离更是减少70%左右,效果显著。

在20世纪80年代末的F-15 STOL/MTD项目的第二阶段,一架F-15B的标准圆形收敛-扩散尾喷管被矩形二元推力矢量/反推喷管取代。该喷管由普惠使用化学铣削、焊接蜂窝构件制造。喷管具有上下偏转片,用于调节喷口截面积或使喷流上下偏转各20度,并在喷管上下各有一组反推叶片。

图为涡扇15发动机的设想图。

推力矢量技术优点突出,但是实施起来难度非常大,发动机喷流温度非常高,对于推力矢量喷口材料、工艺要求较高,推力矢量喷口也会增加发动机重量,降低发动机推力,提高飞行阻力,增加飞机费用和成本,特别是推力矢量需要与飞机气动、操纵系统等进行一体化设计,才能发挥最佳作用,所以我们看到美国进行了多型推力矢量喷嘴研制,但是三代机改进计划无一采纳,俄罗斯在苏-30MKI战斗机采用推力矢量,不过没有整合到飞控系统之中,飞行员必须通过另外手柄来控制推力矢量喷嘴,从实用情况来看,效果并不理想,一直到苏-35S,推力矢量控制系统才整合到电传操纵系统之中,推力矢量喷嘴偏转、回位等均由飞控计算机经过计算之后,由电传操纵系统自动执行,效果就要好的多。这也可以解释为什么中国在研制成功第四代隐身机-歼-20之后,还要从俄罗斯引进三代半苏-35SK战斗机,其中一个原因应该就是获得俄罗斯推力矢量及控制技术。

1989年5月16日F-15 STOL/MTD验证机进行了安装推力矢量喷管后的首飞。试飞表明推力矢量喷管能使起飞滑跑距离降低25%,反推系统则可让F-15降落在500米长的跑道上,在飞行中也可能用反推系统进行快速减速,这在近距离空战中非常实用。在试飞期间F-15 STOL/MTD进行了多次推力矢量起飞,抬前轮速度低至67.6千米/时,最短的降落距离低至416米,而标准F-15的降落距离为2286千米。

飞机在高速的飞行中,一旦使用了矢量发动机,必然是要求矢量发动机配合飞机的其他动作机构,同时起作用,比如在瞬盘动作的时候,飞机的侧倾、垂尾的舵的变化一定是要和发动机的动作相匹配,同时生效才能充分发挥矢量尾喷的技术的。早期的矢量技术是需要人工操作才能实现推力的矢量变化的,比如印度空军的苏30MKI战斗机,在飞机进行机动的时候,飞行员需要单独给发动机下达一个矢量动作,还需要人工操控到比较恰当的位置。

美国认为除非从顶层就开始考虑,否则三代战斗机加装推力矢量并没有理想效费比

普惠随后根据F-15矩形二元矢量喷管的研制经验,为YF-22/F-22研制出了实用化的矩形二元矢量喷管。在全权限数字发动机控制系统的控制下,F-22的收敛-扩散喷管可以向上或向下偏转达20度。尾喷管不仅提高了F-22的敏捷性,还降低了飞机喷气系统的雷达和红外特征。

图为我国三维矢量发动机的动作形式。

俄罗斯一直到苏-35S才把推力矢量整合到飞控系统之中

铁幕另一边的苏联也没有闲着。

这种人工操控矢量技术在高强度的实战中很难施展出来,原因就在于在飞机需要进行矢量机动时,往往已经进入格斗距离,此时飞行员承受的各种压力极大,能够越简化操控,才能让飞行员更集中精力与敌机对抗,而复杂的各种操作,将会分散飞行员的注意力,因此印度使用的这款俄罗斯研发的矢量技术被评为基本无用,只在低烈度对抗中起到作用。

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