矢量发动机是什么?它与一般发动机相比有何独特之处?

矢量发动机是什么?它与一般发动机相比有何独特之处?_58汽车

矢量发动机是一种推力方向可控的发动机,能够为飞行器提供除了前后方向以外其他方向的推力。其技术先进性体现在能使喷气式飞机具备短距/垂直起降能力,提高战斗机敏捷性。设计制造的难点主要在于材料能承受极高温度并经受住巨大压力,以及控制系统的复杂性。目前,美、俄、英等国在矢量发动机技术方面处于领先地位。详细描述:矢量发动机通过控制推力方向,使飞行器在执行任务时能够更灵活地应对各种情况。其技术发展经历了多种形式,包括扰流板推力矢量、矩形二元推力矢量喷口以及360°指向的推力矢量技术等。设计制造的难点主要在于材料和加工技术,以及控制系统的复杂性。目前,美帝在矢量发动机技术方面处于领先地位,而其他国家也在不断研发和进步。通过矢量发动机的应用,可以大大提高飞行器的性能和作战能力。

谁能告诉我这东西哪里政治敏感了……

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本文全靠记忆和感觉写成,充满漏洞,大家自行领会精神;如果错得厉害,请多包涵;如果包涵不了,你来打我啊。

重说三。

前两位答主的回答已经比较全面了,我来强行进行一些补充。

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

注意看它的菊花,这就是前面@WeiWilliam说的扰流片推力矢量技术,这里引述一段空军之翼文章的内容

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-29OVT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,TG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。

=====================2017珠海航展后的修改====================

2017年珠海航展前后,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TG。

此论点不严谨,大家自行领会精神。

哎哟累死我了,大爷们心情好给个赞呗。

===================2018年底的补充=====================

2018年珠海成洛马成就展上J10TVC正式出道,飞个眼镜蛇一做就连做两个,或者动不动低空通场带个120度的眼镜蛇不掉高度,就问你SU35敢不敢做一个,服不服?

美毛差距瞬间缩短到2、3个TG(笑哭)…………

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