常规的航空发动机, 其喷管是固定的, 它只负责提供一个向前的推力 。 而更先进的矢量发动机, 喷管可上下左右偏转 。 很多人熟知的是, 矢量发动机能让战机进行各种超强机动, 实际上, 它的作用远不止这个 。
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作用一:短距起降
战机滑行起飞时, 矢量发动机通过偏转喷管, 可让战机提前抬起机头, 从而让战机尽快离地, 缩短滑行距离 。
【为什么F22起飞时屁股会瞬间上翘?】美国的试验机F-15S/MTD, 其试飞结果表明,若起飞时利用推力矢量辅助起飞,可使该机的起飞滑行距离比常规F-15短38% 。
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为进行战机短距起降和机动性能技术的研究, 美国曾将一架F-15B加装了矢量发动机, 并命名为F-15S/MTD 。 矢量发动机采用矩形喷口, 这跟现在的F-22喷口类似 。
F-22的发动机使用矢量推力技术, 这里可以通过一张动图来展示, 它是如何缩短滑跑距离的 。
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图为F-22夜间起飞 。 拍摄于2016年4月11日 。
请注意观察上面的动图, 在F-22机头拉起前, 尾部长而明亮的尾焰往上翘了一下, 这说明, 其发动机在滑跑阶段就已经开始发挥矢量推力的作用了 。
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此为尾焰上翘特写 。
滑跑时, 当F-22到达一定速度后, 矢量喷管往上翘, 尾焰也向上喷, 从而给机尾一个斜向下的压力, 于是就把机头给翘起来了 。
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矢量喷管跟尾翼是联动的 。
作用二:利于战机隐身
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图为无尾翼的X-31试验机 。
上世纪九十年代, 美国国防部资助X-31进行无尾翼控制研究 。 NASA使用矢量喷口控制X-31的偏航, 在飞控软件的辅助下, X-31完成了1.2马赫的试飞 。
矢量发动机不再只是提供推力, 当其喷口偏转时, 瞬间产生一个力矩, 可控制飞机的俯仰、偏航、横滚等机动 。 如此, 就能代替飞机上的一些固有结构, 比如垂直尾翼 。
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战斗机的垂直尾翼和水平尾翼就像是角反射器一样, 对雷达波的反射较强, 这对战机的隐身很是不利 。 而矢量发动机对飞机的控制能力, 现阶段它能减小战机尾翼的面积, 而未来, 它甚至有可能完全取代尾翼 。
除了X-31进行过无尾翼的尝试, NASA和波音还共同推出了X-36技术验证机 。
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1997年5月17日,X-36成功地完成了首飞 。
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1997年10月30日, X-36在美国南加州沙漠试飞 。
未来, 当推力矢量技术取代飞机的尾翼后, 那时的战机跟现在相比将变得更轻 。 最后, 矢量发动机对战机隐身的贡献不仅是减小战机尾翼面积, 从而减少雷达波反射面积, 另外, 矢量发动机的喷管还能遮挡尾焰的部分红外辐射 。 这也有利于战机的隐身 。
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图为跟F-22的原型机YF-22同台竞争, 最后落败的YF-23 。
YF-23也使用推力矢量发动机, 从上图可以看到, 其发动机尾部的设计对尾焰红外辐射具有很好的遮挡作用 。
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