矢量发动机是什么?与一般发动机有哪些区别?

答主你问了四个方面的问题。1矢量发动机的概念,2与普通发动机的区别,3先进性和制造难点,4各国发展情况。我分开解释吧。下面会视需要会引用一些现成的资料,配合搜罗到的一些图片。
1矢量发动机的概念:矢量发动机,是喷口可以向不同方向偏转以产生不同方向的推力的一种发动机。这是最简单的定义。
矢量发动机是什么?与一般发动机有哪些区别?-有驾
通过尾喷管偏转,利用发动机产生的推力,获得附加的控制力矩,实现飞机的姿态变化控制。再次还要纠正一些非常普遍的误区,那就是矢量喷口发动机并不能获得额外推力,只是把经过发动机压缩和燃烧的高温高速混合气体通过可以偏转的尾喷口改变方向,就像你把一段橡胶水管接在水龙头上,然后拧开水龙头,水流的大小不会因为你控制的橡胶管的摆动方向而增大。所以,理论上同样功率的发动机运用了矢量技术,还以损失一部分推力,这就提高了矢量发动机的制造门槛,那就是你需要在保证可以偏转喷口损失推力的情况下用整体更高的出力来弥补这种损失。另外,矢量发动机之所以推力比较大,是因为尾喷口在偏转的时候,会消耗一部分高温高速燃气的能量,造成发动机实际推力比理论数值低一些,如果发动机本身的推力就不大,那损失的推力就会影响到战机整体的推重比,强行使用适量尾喷口的话会得不偿失。F35B就是矢量发动机实现了垂直起降的功能,不过也只能用来垂直起降,不能对战机的机动性有所贡献。所以在一些情况下,很多三代机的机动都要超过F35
2矢量发动机与普通发动机的区别:
其实这个问题问的有点多余了,因为区别已经在第一点里讲清楚了,就是喷口会不会偏转的区别。我在此就延伸一下,说一下矢量发动机相比普通发动机能带来哪些独特的好处吧。
首先是敏捷性,提高飞机的格斗能力,这个大部分网友都知道,但是敏捷性也要包括短距离起降概念,这个很多人不知道了。矢量技术早期研究后今后的一个发展目的,就是短距离起降。其实英国“鹞”式垂直起落飞机的飞马发动机就是一种原始的喷流矢量技术。
矢量发动机是什么?与一般发动机有哪些区别?-有驾
其次是减重和增推,这个大部分人不理解,发动机功率大,对飞机飞行有好处,但是同时发动机会更沉,而飞机的控制系统和控制气动力平面会更大更多,导致飞机更重,用了矢量发动机,能减轻这个结构重量,能用相对小推力的发动机解决更大的问题,这个概念和导弹的燃气舵相通。(注意,这里所说的减重的原理是因为发动机的矢量喷口兼顾了一部分飞机的操纵面的功能,所以机体设计上可以减少操纵面的面积和数量,和一部分为此服务的传动结构,在总体上实现减重,而不是指的发动机减重。这里说的操纵面,指的是副翼,升降舵,方向舵,襟翼,水平尾翼等飞机机体上的可动部分以及维持这些部分的机械结构。)
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另外还有隐身的增益效果,美国人搞F22时认为,结构隐身重要,外形隐身也很重要,而减少外形中飞控气动力平面的数量和面积是最佳捷径,装上矢量发动机的喷口,可以有效减少飞控面的数量,对隐身起到好处,所以F-22和YF-23都有这个,没有,不能参与竞争……
另外还有隐身的增益效果,美国人搞F22时认为,结构隐身重要,
外形隐身也很重要,而减少外形中飞控气动力平面的数量和面积是最佳捷径,装上矢量发动机的喷口,可以有效减少飞控面的数量,对隐身起到好处,所以F-22和YF-23都有这个,没有,不能参与竞争……
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3先进性和制造难点:矢量喷口的一大难点,是发动机的推力对结构和材质的摧残,飞机发动机的推力和破坏力是很大的,这样说吧,在一米左右的距离,一部普通的大推力航空发动机不用加力,就能轻松的吹翻一辆大卡车,这样的推力被强制改变方向,那矢量喷口的结构强度和材质没有绝对的值是做不到的。矢量发动机尾喷口还有一个技术难点就是如何能长期有效的工作,因为要改变喷流就要面对高温高速燃气,耐热材料要过关。其次热胀冷缩的缘故,机械动作的可靠性也是一个问题,在正常温度范围内运行可靠的机械机构,放在高温高压下,就未必了,物理性质的变化会对可靠性造成影响,而耐热耐变形性能不好的材料,长时间后会造成部件变形,导致不能正常工作。
3先进性和制造难点:矢量喷口的一大难点,是发动机的推力对结构和材质的摧残,飞机发动机的推力和破坏力是很大的,这样说吧,在一米左右的距离,一部普通的大推力航空发动机不用加力,就能轻松的吹翻一辆大卡车,这样的推力被强制改变方向,那矢量喷口的结构强度和材质没有绝对的值是做不到的。矢量发动机尾喷口还有一个技术难点就是如何能长期有效的工作,因为要改变喷流就要面对高温高速燃气,耐热材料要过关。其次热胀冷缩的缘故,机械动作的可靠性也是一个问题,在正常温度范围内运行可靠的机械机构,放在高温高压下,就未必了,物理性质的变化会对可靠性造成影响,而耐热耐变形性能不好的材料,长时间后会造成部件变形,导致不能正常工作。
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4各国发展情况:拿目前能制造矢量发动机的俄美两国来讲,俄罗斯有AL系列等等,美国的是JSF系列,两国在矢量发动机的方向上有所侧重和不同。细分的话,还能分出四个流派。矢量舵片技术,这个最简单,对发动机要求也低,对轻型飞机的机动性能提高的多,不过其原理已经跟主流的发展方向分道扬镳了,所以这个技术基本已经不再继续深入研究了。
4各国发展情况:拿目前能制造矢量发动机的俄美两国来讲,俄罗斯有AL系列等等,美国的是JSF系列,两国在矢量发动机的方向上有所侧重和不同。细分的话,还能分出四个流派。
矢量舵片技术,这个最简单,对发动机要求也低,对轻型飞机的机动性能提高的多,不过其原理已经跟主流的发展方向分道扬镳了,所以这个技术基本已经不再继续深入研究了。
矢量发动机是什么?与一般发动机有哪些区别?-有驾
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二元矢量喷口,这个力只能垂直在飞机的飞行线路上,无论怎么飞,这个力只能是垂直作用的,比如美国人的是四片,但是左右两侧是死的,能动的就是上下,飞机平飞,则力可以上下作用,飞机侧飞时,才能所谓的“左右摆动“。这项技术是美国在运用的,F22上就采用了此喷口。多元矢量喷口,也是轴对称技术,二元矢量比扰流矢量舵片要先进,但是还是在垂直摆动的水平,对飞行器的调控性能有限,所以从敏捷格斗导弹上开始出现了所谓“360度”喷口的研究(这个开始主要为垂直发射的防空导弹,快速变向,更好的降低因为爬升而损失的时间及燃料,从而降低导弹的重量并增加拦截效率),后来因为结构重量等问题,反而在飞机这类大型飞行器上得到了应用,最典型的就是前苏联和俄罗斯的,理论上更为先进,但是由于技术基础的局限,其可靠性和成熟度反而不如二元矢量,总之还需要继续挖掘。喷流技术,这个是研究的大方向,现在发动机都是从飞机屁股往后面喷气,今后可能是从飞机的后半球N个小喷气孔协调的盆子,极大的减少了飞机的飞行气动力控制平面的数量,很好的促进了翼身融合;目前在无人机上已经得到了很好的验证。中国在矢量发动机上属于追赶型的国家,欠账很多,目前在集中攻克WS15的核心技术瓶颈。这也是将来计划作为J20动力的主要选项。我国的J20面临的发动机推力问题,和发动机适配性问题(国产的慢,赶不上试飞,推力也相对小),所以一开始并没有上矢量。实话讲我国对矢量的研究起步不晚,尤其是导弹上的各种矢量,水平还是极高的。但是涡扇上的,限于过去的发动机推力不行,所以一直是以跟进、低水平验证为主,并没有像美苏等那样,在70年代就开始筹划专业的矢量试飞型号。近年来研究资金到位了,开始集中发力,不过钱有了不代表就水到渠成,这种高精尖技术是需要撞墙试错,还有多年的实验积累,不是仅仅砸钱就行,砸钱只是最低层次的研究保障。总之,我国的矢量发动机技术,还属于秘级很高的情报,我一普通军迷就无处寻觅了,就是知道也不能说,何况我也不知道。欢迎纠正和补充
二元矢量喷口,这个力只能垂直在飞机的飞行线路上,无论怎么飞,这个力只能是垂直作用的,比如美国人的是四片,但是左右两侧是死的,能动的就是上下,飞机平飞,则力可以上下作用,飞机侧飞时,才能所谓的“左右摆动“。这项技术是美国在运用的,F22上就采用了此喷口。
矢量发动机是什么?与一般发动机有哪些区别?-有驾
多元矢量喷口,也是轴对称技术,二元矢量比扰流矢量舵片要先进,但是还是在垂直摆动的水平,对飞行器的调控性能有限,所以从敏捷格斗导弹上开始出现了所谓“360度”喷口的研究(这个开始主要为垂直发射的防空导弹,快速变向,更好的降低因为爬升而损失的时间及燃料,从而降低导弹的重量并增加拦截效率),后来因为结构重量等问题,反而在飞机这类大型飞行器上得到了应用,最典型的就是前苏联和俄罗斯的,理论上更为先进,但是由于技术基础的局限,其可靠性和成熟度反而不如二元矢量,总之还需要继续挖掘。
矢量发动机是什么?与一般发动机有哪些区别?-有驾
喷流技术,这个是研究的大方向,现在发动机都是从飞机屁股往后面喷气,今后可能是从飞机的后半球N个小喷气孔协调的盆子,极大的减少了飞机的飞行气动力控制平面的数量,很好的促进了翼身融合;目前在无人机上已经得到了很好的验证。
中国在矢量发动机上属于追赶型的国家,欠账很多,目前在集中攻克WS15的核心技术瓶颈。这也是将来计划作为J20动力的主要选项。我国的J20面临的发动机推力问题,和发动机适配性问题(国产的慢,赶不上试飞,推力也相对小),所以一开始并没有上矢量。实话讲我国对矢量的研究起步不晚,尤其是导弹上的各种矢量,水平还是极高的。但是涡扇上的,限于过去的发动机推力不行,所以一直是以跟进、低水平验证为主,并没有像美苏等那样,在70年代就开始筹划专业的矢量试飞型号。近年来研究资金到位了,开始集中发力,不过钱有了不代表就水到渠成,这种高精尖技术是需要撞墙试错,还有多年的实验积累,不是仅仅砸钱就行,砸钱只是最低层次的研究保障。
总之,我国的矢量发动机技术,还属于秘级很高的情报,我一普通军迷就无处寻觅了,就是知道也不能说,何况我也不知道。
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