清疯

聊聊啥是矢量发动机，有啥优点，有啥劣势？

#什么是矢量发动机#

一、其实我们在60多年前就有矢量发动机了呃，并不是来蹭热度的，W君在自己的头条号“iN在”里面前阵子写了一篇文章《 PVC新风机的管道噪声消除，遇事不决“伯努利” 》就有人问到W君到底是搞啥的，火箭专业，所以聊聊发动机其实也并不是太过于外行。而且今天我们要聊的矢量发动机，还真的就得从火箭发动机开始聊起来。



在1958年我们发射了国内第一枚弹道导弹，也就是大家后来所说的东风1短程弹道导弹。这枚导弹的复制品也就一直矗立在军事博物馆中。



如果仔细去看东风-1导弹的下部，我们会发现在导弹尾部喷口的位置有四个小舵片，这四个小舵片在导弹工作的时候会深入到高速喷出的燃气中。



一般情况下这种小舵片会采用铜钨合金来制作。通过改变舵片的角度就可以使火箭发动机喷出的燃气往不同方向上偏转，从而达到控制火箭飞行方向的目的。



其实，这就是最典型的矢量发动机。而我们能够看到最早实用化的矢量发动机则是二战期间的德国V-2火箭了。



当然了，燃气舵目前依旧不过时，在现代的很多导弹上依旧是一种很有效的控制方向的方式。



而且最简单地改变燃气气流方向的方式莫过于把发动机喷口的一个部分堵上。例如：



看到这里你就应该知道矢量发动机的基本原理了。但是不要人云亦云的也管它叫“矢量发动机”，这其实是一个简称，全称应该叫做“ 推力矢量控制发动机”。

二、推力矢量控制的航空发动机

现在说一个哲学问题——是“需求”决定了“存在”，还是“存在”衍生了“需求”？普通飞机的控制其实是用不到推力矢量发动机的。



在飞机的设计中有更高效的空气动力学部件来控制飞机的飞行姿态，这些也就是我们常说的升降舵、方向舵、副翼、襟翼……在正常飞行的情况下矢量推进对于飞机的控制可以说是毫无意义。这是因为无论是在飞机做俯仰运动、滚转运动还是航向运动的时候飞机的气动控制面都被安排在了最大的力矩臂上，这就让这些控制面有最高的运作效率。



反观推力矢量发动机的位置，我们可以看到大部分矢量发动机的喷口都是仅仅满足于短力矩臂的问题的，即便是在某一个轴向上具有较长的力矩臂也会在某个方向上处于劣势。而且由于发动机的推力并不以是不是“矢量”而得到提升，在保持一定的推力下，“矢量”恰恰会导致发动机航向上的推力下降。



这样对于飞机本身的效率是没有任何提升的。那么为什么存在“推力矢量控制发动机”？它存在的意义在哪里？首先我们就得看看最早用到这种发动机的地方了——火箭、导弹。



由于火箭、导弹的速度高，因此常规的机翼控制面已经没有什么太大的效率啦，因此才“不得不”采用推力矢量控制发动机这一个方案。在大多数情况下飞机并不像火箭一样，大多数飞机的飞行包线都是围绕着飞机的气动结构而设计的。这就是说——飞机其实是不需要适量发动机的。

三、推力矢量控制发动机存在的合理性

既然不需要，为什么被装在飞机上。原因在于很多的战斗机其实都会飞到自己的飞行包线之外。例如当飞机大迎角飞行的时候，这种情况下飞机的气动控制面往往就会失去效力。



这个时候推力适量控制才真正的作为一种备用控制手段有了用武之地。它可以通过对飞机实施一定的偏转推力让飞机重新回到正常的飞行包线姿态内。简单地说——这其实就是飞机的车道保持系统。除此之外，推力矢量控制发动机在飞机上的意义并不算大。它在真正的空战中可以让飞行员大胆地放手一搏，而对飞机的机动性的本质提升其实是0。但为此要付出更多的结构重量。所以对于矢量发动机更多的还是在研究阶段，真正的使用案例还是屈指可数的，甚至并不一定会成为未来战斗机的一个发展趋势。

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• lijing01 金币 +7 感谢分享，论坛有您更精彩！ 2022-1-23 19:37

jiangmj

很难看到这种技术类的文章。
特别是在美式话语权铺天盖地的宣传中，想看到那个吹得震天响的F22矢量发动机的客观分析，更是难。
实际上，五代机根本不需要矢量菊花。
四代机的机动过载，都已经逼近人类承受的极限了，来个更强的超机动性，给超人开？作为一款拥有超视距攻击能力的隐形机，你真要扬短避长，非要飞到目视范围内，跟敌人狗斗？

F22的矢量菊花，就跟水菜丽的菊花一样，主要是被插，还顺带拥有排泄功能。F22为了隐形而设计的菊花，刚好也能做矢量机动。
跟四代机裸露在外，只能扩张和收缩的圆形菊花不同，F22的菊花是方形的，还带有厚的上下两片花瓣。这玩意儿用来遮挡尾焰和降低温度的，里面有冷却管，情况紧急时甚至能用液氮冷却菊花的火焰。因为里面东西太多了，没法做成传统飞机菊花的圆形，只能是上下两片很厚的痔疮。
但是正常菊花的收缩功能，它得有，毕竟谁都不想要一个无法闭合的菊花，所以就只能上下一开一合的收缩。这样一来，就带来一个额外的好处：可以上开下合，或者下开上合，实现气流的上下偏转。
实际上F22的矢量菊花，对机动性的帮助几乎为零。F22做超机动的视频，网上很多。大家可以看到，F22除了向上拉起的时候，菊花会往上翘之外，其它飞行姿态，菊花都是方向不变的，最多只是正常的打开闭合。只有在地面展示时，F22的菊花才会很骚地用各种奇怪的姿态开闭。
有消息说，F22的菊花控制程序，参与整体飞控的程度非常低。原因很简单，有它没它都能超机动，换个传统的圆菊花上去也照样超机动（只是这样做会导致屁股不隐形）。

F35B则是另一个典型案例，这货的菊花就跟脱肛一样，能自由活动，甚至垂直向下喷气，让飞机垂直起飞。
但是这么威猛灵活的菊花，也没见它有超机动能力啊！

还有一个就是毛子，人家有矢量菊花技术。
先不管人家那是二元还是三元，总之用Su30MKI忽悠冤大头阿三，用阿三飞行员做过动物实验之后，就没下文了。
毛子自用的任何飞机，都没再用矢量菊花（Su57有待观察，暂时不能确定毛子是真的打算自用，还是加大忽悠力度勾引阿三）。

[ 本帖最后由 jiangmj 于 2022-1-24 02:01(GMT+8) 编辑 ]

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• lijing01 金币 +12 认真回复，奖励！ 2022-1-24 19:37

wmx9594

F22的矢量菊花，就跟水菜丽的菊花一样。
楼上大哥能不能不要这么形象，顺带说下不知道水菜丽退役怎么样了。