平衡梁(中国突破两种大推力矢量涡扇：歼20完全体，直接升级成五代半)

Posted 2023-05-25

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平衡梁(中国突破两种大推力矢量涡扇：歼20完全体，直接升级成五代半)

珠海航展上展出了多款国产矢量喷管。美国、日本、俄罗斯都使用了不同的矢量设计，这些设计各有什么优劣？我国走的是哪条技术路线？哪款矢量喷管适合歼20？

本届珠海航展开幕前，4架歼-20菱形密集编队通场，两架歼-20降落静态展示、编队加力起飞，已经是很大的惊喜了。

但是惊喜不止于此，中国航发集团，首次公开展示了两款推力矢量发动机，一种二元推力矢量，隐身尾喷管，造型类似F-22；另一种轴对称推力矢量，圆形尾喷管，也是歼-10B推力矢量验证机所使用的同款。

【两款推力矢量】

两种推力矢量发动机同时首次公开展出，意味着歼-20不仅可以很快换装推力矢量，而且还有多种选择。

美日俄都有自己的矢量发动机。对我国来说，新一代主力战机，换装矢量喷管可以提升机动性，那么这些矢量喷管都有哪些优缺点？到底哪个更优秀一些？哪一款适合歼20呢？

【歼20换装二元矢量喷管想象图】

推力矢量，对飞行性能提升巨大

推力矢量可以大幅提升飞行性能，到底有多大？用一组简单数据就可以了解个大概。以美国F-15MTD验证机为例，安装了二元矢量喷管，可以上下偏转20度。

再加上三翼面布局、电传飞控系统，F-15 MTD相比于普通的F-15C，最大升力系数提升78%，滚转率提升53%，着陆滑跑距离降低72%，起飞距离降低29%，巡航距离提升了13%。

【使用矢量喷管的F-15 MTD验证机】

其实推力矢量有两个最大的好处，第一个好处，就是可以实现“直接力”控制，增加战机的敏捷性，实现一些非常规机动；第二个好处隐蔽一些，是可以参与飞机的配平，进一步释放歼-20的气动外形潜力，做出更剧烈的动作。

换句话说，推力矢量最好是跟优秀的气动布局、顶级的电传飞控系统，配合使用，才能发挥出最大作用。再换句话说，歼-20气动布局优秀、电传飞控技术水平极高，先天就非常适合推力矢量。

歼-20已经有了双座版，可以指挥多架无人机作战；如果再引入一部分自适应循环的动力技术，那么歼-20换装国产新一代推力矢量发动机之后，在动力、态势感知、作战方式上全面升级，可以说是跨入了“五代半”的门槛，率先用上了六代机的一些技术概念。

推力矢量技术，比大家想象的要复杂

都知道推力矢量好，但用的战机不多，就是因为技术太难了。西方从60年代就开始相关研究，但因为涉及到气动、传热、结构、材料、控制、飞机/动力一体化研究等等多个方面，因此是个特别复杂的系统工程，不是一两个课题组就能自己解决的问题。研发矢量喷管，不比打造一个全新的武器系统简单。

即便是我们常说的“二元”与“轴对称”，细分起来也有数款不同的设计概念。

不同的矢量喷管，各有什么优缺点

【日本心神战机使用的矢量喷管属于折流板结构】

1、简单粗暴的折流板

所有矢量喷管里，最简单的是折流板结构，比如日本的心神，外观像燃气舵，原理简单。但缺点也明显。首先是系统相对单一笨拙，死重较大。这种简单设计会增加横截面积，增大阻力，不利于隐身和高速飞行。矢量动作时推力效率较低。

2、优缺点都比较明显的二元矢量喷管

二元矢量喷管，可以在尽量降低推力损失前提下，获得矢量控制。喷管横截面积小，能大幅降低尾阻和后机身阻力。先天优势也有利于红外、雷达隐身和超音速巡航。因此被F-22这类注重隐身、超巡与机动性的战机选中。

但这种喷管，也有缺点，比如结构相对也不轻，内流特性较差。也就是气流从圆形发动机喷出后进入矩形喷口，流场会变得复杂，产生推力损失。我们日常看到的排气管，基本都是圆形截面，就是为了避免这些问题。这些涉及到流体力学的问题，都需要复杂的研究与优化。

【气流进入矩形喷管时出现复杂的流场】

【从气流截面温度可以看到，二元喷管有天然的红外隐身优势】

3、低成本低门槛的矢量喷管

轴对称矢量喷管，其实也有几种不同设计，其中一款称为（AVEN），比如俄罗斯苏27系列使用的矢量AL31。设计特点就是喷管特别长，将整个收敛扩散段进行了矢量处理，优点是改装技术门槛低，喷管几乎不用改动。缺点就是这个近2米长的矢量喷管，结构复杂、重量大、密封困难，横截面积有些粗，矢量力矩不是太理想。是一种低成本快速实现矢量性能的设计。

【俄罗斯AL31/41有多款矢量型号，整体设计思路基本相同】

4、各方面相对均衡的国产轴对称矢量喷管

另一种轴对称矢量，学名叫俯仰偏航平衡梁喷管（P/YBBN）,可以看成是传统轴对称的改良。这个设计只在喷口进行气流偏转。优点是保留了发动机收敛扩散段的最佳气动性能，可以产生最大推力的同时实现矢量控制。

此外，气流在喷管出口直接偏转，自然力矩也比AVEN大得多，矢量效果更明显。这种喷管的操控系统也可以做的比较小，改装也不是特别麻烦，整体上比较均衡。代表性的就是歼10B矢量发动机。

【歼10B的国产矢量喷管】

小孩子才做选择题

从二元矢量和轴对称可以看到，两者优缺点并不没有云泥之别，也没有本质上的优劣之分，还需要根据具体需求进行取舍。

歼10、歼11与歼20战机，自身机动性和隐身需求并不完全相同。即便是歼20与F-22，在侧重与指标上也不一样，并不能简单的按照F-22进行对标。鸭翼歼20本身就有较强的机动性，矢量喷管如何选择，并不适合照搬F-22，要按照我国国土防空需求、技术成熟度和成本等因素综合考虑。

无论是二元矢量还是轴对称矢量，这些产品的亮相说明我国在相关技术上都有了较大突破。歼10、歼11和歼20都可以借助这些新型喷管获得更好的战术性能，也不排除两款矢量喷管都会先后入列，配备给不同机型，“小孩子才做选择题”。歼20甚至可以跳出这些框架，使用全新一代的滑动喉道矢量喷管，给大家带来更多惊喜。