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航空发动机推力矢量技术探索
1.1按矢量推力产生方式分
（1）外推力矢量：依靠安装于发动机尾喷管后或尾部结构上的燃气舵（又称折流板）的偏转来改变喷气流方向（图1）。
图2 推力矢量喷管
此外，由引入二次射流来改变尾喷流方向的技术也称为内推力矢量。
1.2按矢量推力喷管构造形式分
图3 轴对称推力矢量喷管
图4 二元收扩推力矢量喷管的五种工作状态
1.3按推力矢量取代操纵面控制程度分
2.1提高机动性和敏捷性
3.1增重控制
作者简介：
（1）尹志文：深圳市博尔创意文化发展有限公司，产品工程师
（2）施楚钰：深圳市艺博堂环境艺术工程设计有限公司，会展经理
（3）李汉东：深圳市博尔创意文化发展有限公司，首席专家
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推广
作者：尹志文 施楚钰 李汉东
0引言
在物理上，矢量是指既有大小又有方向的量，而对航空发动机来说，能通过改变尾喷流的方向，来为飞机提供俯仰力矩、偏航力矩、横滚力矩和反推力的发动机，即为推力矢量航空发动机。
1.推力矢量的类型1.1按矢量推力产生方式分
（1）外推力矢量：依靠安装于发动机尾喷管后或尾部结构上的燃气舵（又称折流板）的偏转来改变喷气流方向（图1）。
图1 燃气舵示意图
（2）内推力矢量：通过发动机尾喷管自身结构的偏转来实现尾喷管方向的改变，又称为推力矢量喷管（图2）。
图2 推力矢量喷管
1.2按矢量推力喷管构造形式分
（1）轴对称推力矢量喷管：通过后尾喷管的转动和收扩来改变喷流方向,其转动机构常见有球铰机构、万向节机构和多连杆机构（图3）。
图3 轴对称推力矢量喷管
（2）二元推力矢量喷管：其尾喷口呈矩形，通过后尾喷管上下不对称地收敛、扩散、转动来实现喷流方向的改变，包括固定式二元喷管和二元机械式收扩喷管（图4为其五种工作状态）。
图4 二元收扩推力矢量喷管的五种工作状态
（3）有反流推力的矢量喷管：在喷管出口截面的外部加一个外套，形成反向流动的反流腔道，在需要主流偏转时，启动抽吸系统形成负压，使主气流偏转产生侧向力。
（4）其他新型推力矢量喷管：多平面推力转向喷管、球形收敛折叶喷管等。1.3按推力矢量取代操纵面控制程度分
（1）部分推力矢量控制：采用推力矢量同时，仍然使用方向舵、升降舵、副翼和襟翼,飞行器的操纵性、机动性仍然受舵面控制的外部流动情况的影响。
（2）全部推力矢量控制：飞行器的控制力全由推力矢量提供，可以取消所有的气动舵面甚至垂尾，飞机的操纵力矩全部由推力矢量航空发动机提供。全推力矢量控制飞行器的控制适应范围广，包括原气动舵面操纵困难的大迎角、大侧滑角、超低速度、高空等，并且易于实现过失速机动和快速机头转向机动。
2.推力矢量技术的优点（2）全部推力矢量控制：飞行器的控制力全由推力矢量提供，可以取消所有的气动舵面甚至垂尾，飞机的操纵力矩全部由推力矢量航空发动机提供。全推力矢量控制飞行器的控制适应范围广，包括原气动舵面操纵困难的大迎角、大侧滑角、超低速度、高空等，并且易于实现过失速机动和快速机头转向机动。
2.1提高机动性和敏捷性
由于改变推力矢量航空发动机尾喷流的方向，能够直接为飞机提供俯仰、偏航和横滚力矩以及反向推力，可以减少或取消舵面操纵，从而可以提高飞机的机动性。同时，推力矢量技术可大大改进飞机的爬升率、横滚性能和盘旋性能，并且提高了飞机在空中瞬时改变姿态的能力和敏捷性，开辟了全新的空中格斗战术。
2.2缩短起飞着陆滑跑距离
因推力矢量航空发动机可直接提供升力分量和反推力，使飞机在很低速度下就可起飞和着陆，故而大大缩短起飞着陆滑跑距离。 此外，推力矢量技术还可以减少飞机起飞着陆时可能产生的滚转。
2.3提高隐身能力和突防能力
2.2缩短起飞着陆滑跑距离
因推力矢量航空发动机可直接提供升力分量和反推力，使飞机在很低速度下就可起飞和着陆，故而大大缩短起飞着陆滑跑距离。 此外，推力矢量技术还可以减少飞机起飞着陆时可能产生的滚转。
所谓飞机隐身能力，就是指降低雷达、红外线、声、光和磁信号特征的反探测能力。因推力矢量航空发动机的使用可以减小舵面甚至取消垂尾，从而大大减小了散射的面积，提高了作战时对战区的突防能力、对地攻击能力和迅速回程躲避能力。
2.4为设计更加简洁的飞行器提供条件
由于航空发动机推力矢量技术的运用有可能使飞机发展为消除全部舵面和垂尾，成为“无尾”飞机，从而大大减少了操纵舵面复杂的机构和系统，为设计更加简洁的飞行器创造了条件。
3.发展建议2.4为设计更加简洁的飞行器提供条件
由于航空发动机推力矢量技术的运用有可能使飞机发展为消除全部舵面和垂尾，成为“无尾”飞机，从而大大减少了操纵舵面复杂的机构和系统，为设计更加简洁的飞行器创造了条件。
3.1增重控制
推力矢量喷管位于机尾，这样其增重不仅使负荷增加，而且不利于机身的配平。 普惠公司把F100和F110发动机喷管装成推力矢量喷管后，重量分别增加90kg和70kg，相对增重35%-45%。推力矢量喷管的增重会影响到飞机的性能与飞行品质，如F-22飞机的二元推力矢量喷管，本来设计的是具有反向推力功能，但由于增重过多等原因而取消了其反向推力功能。因此，发展新型轻质高强度耐高温结构材料，用于喷管制造以减轻推力矢量喷管重量，或者研究出结构更为简单的推力矢量喷管，己成为推力矢量技术发展过程中需亟待解决的关键问题之一。
3.2喷管密封
3.2喷管密封
推力矢量喷管是推力矢量航空发动机的关键部件，而推力矢量航空发动机的设计工作中最困准的是加力燃烧室与推力矢量喷管连接处的密封问题。带有推力矢量喷管的航空发动机加力燃烧室与推力矢量喷管之间的密封联接是极其复杂的，这些位置不但位于发动机的高压、高温区，而且要求在推力矢量喷管转动时要保持密封和结构完整, 否则会出现漏气，并引起发动机着火，对飞机和飞行员造成不可挽回的后果。因此, 在航空发动机推力矢量技术的研究过程中,推力矢量喷管偏转漏气对发动机推力产生的影响无疑是一项非常重要改进内容。
3.3可靠性
我国国军标GJB451A-2005把可靠性定义为“产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力”。推力矢量航空发动机结构件数量多且结构复杂，用于实施推力矢量的运动件如调节片、密封片、作动系统和执行机构等可达一千多件，这样一个复杂系统可靠性非常重要。可靠性是推力矢量航空发动机正常发挥其作战性能的基础，可靠性高的推力矢量航空发动机，在作战使用过程中不易发生故障，可以减少人力、物力、财力等维修资源的消耗。
4.结语
在航空、航天、航海领域，“飞天巡洋，动力先行”也已经成为客观规律，想要发展先进的战斗机，首先要解决的便是动力装置问题。目前，只有美俄等少数国家可以自行研制推力矢量航空发动机，我们要抓住这个机遇，期望在不远的将来，国产发动机也能够在这一技术上赶超美俄，提升我国战斗机的作战能力，增强我国的国防军事实力。
4.结语
在航空、航天、航海领域，“飞天巡洋，动力先行”也已经成为客观规律，想要发展先进的战斗机，首先要解决的便是动力装置问题。目前，只有美俄等少数国家可以自行研制推力矢量航空发动机，我们要抓住这个机遇，期望在不远的将来，国产发动机也能够在这一技术上赶超美俄，提升我国战斗机的作战能力，增强我国的国防军事实力。
作者简介：
（1）尹志文：深圳市博尔创意文化发展有限公司，产品工程师
（2）施楚钰：深圳市艺博堂环境艺术工程设计有限公司，会展经理
（3）李汉东：深圳市博尔创意文化发展有限公司，首席专家
听说，打赏我的人最后都找到了真爱。
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