推力矢量发动机让战机在空中“飘起来”

    中国歼-10C战机大家可能听说过，它作为歼-10系列战机的最新改进型号，与其前辈歼-10A和歼-10B战机的主要不同，一个是换装了有源相控阵雷达和全新的航电系统，另一个是配置了新一代空空和空地导弹，第三个是做了小幅度修型优化了气动布局，从而使它在超视距作战、对地精确打击、机动水平和隐身等方面都有了质的提升，嫣然成为不久前阿联酋迪拜航展上一款绝对的明星战机。

    就是这款受到万众瞩目的歼-10C战机，最近有媒体分析说，它将换装推力矢量发动机（VTC）。果真如此，歼-10C战机将如虎添翼，定将成为四代半战机中的翘首，达到仅次于五代隐身战机的战力水平。为什么这么说呢？因为装备推力矢量发动机，歼-10C战机也会像歼-10B矢量验证战机那样，在空中“飘起来”，完成类似的高难度战术动作。

▲中国歼-10B矢量验证战机和尾部矢量喷管

    曾记否？在2018年11月举办的举世瞩目的第十二届中国航展上，中国歼-10B矢量验证战机那令人难以忘怀的矫健身姿。当时，它作为刷屏的网红武器装备，在11月6日航展开幕式上进行了一次青史留名、精彩绝伦的开创性飞行表演，做出了“落叶飘”、“眼镜蛇”和“摊煎饼”等一连串令人眼花缭乱的高难度机动飞行动作，极富视觉冲击力，震撼了现场的媒体和观众。要知道，那是世界上公开进行飞行表演的首架单发推力矢量战机，表明中国已成为继美国、俄罗斯和英国之后，世界上第四个掌握战机推力矢量发动机技术的国家，也是第一个在单发战机上装备推力矢量发动机的国家。普遍的观点认为，从此后中国战机的机动能力将上升到一个新的高度，空战水平得到大幅增强。

    那问题来了。什么是推力矢量发动机？它有何优势呢？

推力矢量发动机，是指利用推力矢量技术，适时改变发动机尾喷口的喷流方向，让战机获得额外的操纵力矩，并同时产生不同方向推力和加速度的一种新型发动机。它与以往的普通发动机最重要的区别是，发动机尾部带有矢量喷口，即发动机的尾喷口能根据需要闭张和偏转，实现喷流方向的调整变化，使其并不总是与发动机的轴线重合，而是形成与轴线方向不同的推力。如此以来，推力矢量发动机的推力方向不再像普通发动机那样固定不变，而是还可在水平或垂直方向做出必要调整或改变，从而既能用来克服战机前行所受的空气阻力，提供战机加速运动的动力，也能有效控制战机空中飞行的姿态，让战机在空中“飘起来”，进而增强战机的技战术性能，提升战机的空战水平。

从世界范围看，目前战机上装备的推力矢量发动机主要有两种类型，即二元和三（多）元推力矢量发动机。前者发动机的矢量喷口只能上下变化，向上或向下喷出高温高压燃气流，同时产生向上或向下的推力；美国五代战机F-22，采用的就是典型的二元推力矢量发动机，它矩形矢量喷口附加有上下两个导流板，控制它们上下偏转就能改变推力方向。后者又称全推力或轴对称推力矢量发动机，其矢量喷口能上下左右360度全方位偏转，适时向偏转方向喷出高温高压燃气流，同时形成偏转方向的推力；四代战机俄罗斯的苏-35和中国的歼-10B矢量验证战机，安装的都是三元推力矢量发动机，其圆形矢量喷口周边设计有间隔排列的若干密封叶片和偏转导流叶片，控制它们向不同方向偏转即可调节推力方向。

▲俄罗斯空军苏-35战机

▲俄罗斯空军苏-35战机尾部矢量喷口

一般来说，二元推力矢量发动机矢量喷口结构简单，设计容易，但尺寸大、重量重，密封性不好，推力损失较多，对发动机的推力要求较高；而三元推力矢量发动机尽管结构复杂，设计难度大，但能克服二元推力矢量发动机的上述缺陷，且对发动机的推力和战机的改装要求低得多。

推力矢量发动机最大的优势是增强了战机的控制效率，改善了战机的操作和飞行品质，进而大幅提升了战机的机动性能，尤其是过失速机动（或大迎角下机动）的能力，可更好地满足五代战机对超级机动特性的需求，或较大程度上改进四代战机的机动能力，帮助战机更有效地实施战术机动，更快和更多地占据空中优势，获取更强的空战能力。

▲美国空军F-22战机

除此之外，推力矢量发动机还有其他三个优势。一是以不同方向的推力，补充了战机气动控制面产生的气动力不足，有利于减缓气动控制面的设计难度，缩小战机垂翼部分的尺寸，减轻战机的重量。二是通过变换矢量喷口的位置，不仅能利用机翼的诱导升力来加大战机起飞时的升力，也能降低战机降落时的制动力，从而缩短战机起降时在跑道上的滑跑距离，改善战机的短距起降性能。三是矢量喷口特殊的构型和锯齿状裙边，能使喷流加速扩散和降温，抑制或减小红外辐射，并降低雷达反射回波的强度，为战机创造了一定的隐身条件；还有，战机在超音速飞行时对飞行姿态的调整，可不再依靠过大地改变飞行翼面，而是微调矢量喷口方向来完成，这就减小了翼面动作幅度过大带来的雷达反射回波，明显提高了战机的隐身特性，增强了战机的生存能力。

▲美国空军F-22战机尾部矢量喷口

    当然，推力矢量发动机也有不足，主要就是它的体积重量较大，矢量喷口动作时要损失一定的推力，因此总体上对发动机的推力要求非常高——发动机推力太小或达不到要求，战机安装它都会适得其反。另外，推力矢量发动机对战机的飞行控制技术依赖很强，没有配套的先进的全数字飞行控制系统——特别是需将飞行、推力和火控系统整合一体，它就难以发挥出应有水平。从这个意义上说，在歼-10B矢量验证战机和歼-10C战机上装备推力矢量发动机，预示着经过多年的不懈独立，中国国产发动机系统技术已基本成熟，中国航空工业又有了新的更大突破。

未来，推力矢量发动机还应注意采用质量轻、寿命长、抗高温、耐形变的新型高性能材料，并对矢量喷口做进一步的结构优化和工艺改进，同时辅之以更加先进和完善的全数字飞行控制系统，以便它进一步减轻体积重量，减小推力的损失，并提高操控性、稳定性和可靠性。唯有这样，推力矢量发动机才能在战机上获得更广泛的应用，让战机更好地在空中“飘起来”，促进战机性能和战斗力的全面跃升。

THE  END

文字 | 王  群  (国防科技大学国防科技战略研究智库，[e-mail])

图片 | 来源于网络

编辑 | Q

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