推力矢量发动机和涡扇发动机有什么区别?我是菜鸟,请见谅。
我尽量说简单点,一般的发动机喷嘴,喷射方向是固定的!换句话说,只有大小,没有方向,这是标量!矢量喷嘴可以改变喷射方向,也就是说它既有大小又有方向,是矢量!
推力矢量技术是指用喷管或尾喷流偏转产生的推力分量代替原飞机的操纵面或增强飞机的操纵功能,实时控制飞机飞行的技术。它的应用依赖于计算机、电子技术、自动控制技术、发动机制造技术、材料和技术的综合发展。
将推力矢量技术运用到下世纪新设计改装的军用飞机上,确实是一种有效的技术突破,对于战斗机的隐身、减阻、减重非常有效。
推力矢量技术可以使发动机推力的一部分变成操纵力,替代或部分替代操纵面,从而大大减小雷达反射面积;无论迎角多高,飞行速度多低,飞机都可以利用这部分操纵力进行操纵,增加了飞机的机动性。由于控制力是直接产生的,大小和方向可变,增加了飞机的敏捷性,所以可以适当减小或去掉垂尾,也可以替代一些其他的操纵面。这有利于降低飞机的可探测性,也可以降低飞机的阻力和结构重量。因此,采用推力矢量技术是解决设计矛盾的最佳选择。多年来,美国、俄罗斯等国家做了大量的飞行试验,证明推力矢量技术确实能够达到预期目的。
1991 4月海湾战争结束后,五角大楼斥资500亿美元研发了不同于F-117的新型隐形飞机,并采用了推力矢量技术,于是有了基本满足上述要求的F-22战斗机。俄罗斯隐身和推力矢量技术的应用研究包括:米格1.44可以利用发动机不同方向的气流反作用力快速改变方向。1992《简氏防务周刊》称,俄罗斯人已经超越了F-117,直接研制出了现代超音速攻击机,成为F-22的竞争对手。
二。技术分类及其对飞机总体性能的影响
2.1挡板
20世纪70年代中期,德国MBB公司的飞机设计师沃尔夫冈·赫伯斯(Wolfgang Herbers)提出通过控制发动机尾部喷气的方向来提高飞机的机动性。在1985中,美国国防研究所和MBB公司联合进行了可行性研究。1990年3月,美国罗克韦尔公司、波音公司和德国MBB公司联合研制试验,验证飞机X-31在发动机尾喷管处装有三个可以改变推力方向的碳纤维复合材料舵面,其舵面可以与发动机轴线相对。
从1993,165438+10月-1994年底,X-31和F-18之间进行了一系列模拟空战,X-31飞机没有使用推力矢量技术和F/A-650。当X-31使用推力矢量技术时,X-31在66场战斗中赢了64次[3]。另外,美国在F-14和F-18上分别安装了挡板进行实验。
一般来说,挡板方案是在飞机尾盖外侧安装3或4个可以径向内外旋转的尾板,通过尾板的转动改变飞机尾部气流的方向,实现推力矢量。该方案的特点是发动机不需要任何改装,适合在现役飞机上测试。其优点是结构简单,成本低廉,具有一定的实验研究价值。但其自重和外形尺寸较大,推力矢量效率较低,不利于飞机隐身和超音速巡航,因此只是发展推力矢量技术的实验验证方案。
2.2二维矢量喷嘴
二维矢量喷管是飞机的尾喷管,可以在俯仰和偏航方向偏转,使飞机在俯仰和偏航方向产生垂直于飞机轴线的附加力矩,从而赋予飞机推力矢量控制的能力。二维矢量喷管通常是矩形的,或者是四个可以一起旋转的可调平板。二维矢量喷管的类型有:二维收敛-发散喷管(2DCDN)、纯膨胀斜坡喷管(SERN)、二维楔形喷管(2DWN)、滑动喉部喷管(STVN)和球形收敛叶片喷管(SCFN)。
研究表明,二维矢量喷管易于实现推力矢量。80年代末,美国的两架预研战斗机YF-22/F119和YF-23/F120都采用了这种矢量喷管。
二维矢量喷管的缺点是结构比较笨重,内部流动特性差。
2.3轴对称矢量喷管
起初,推力矢量技术的研究主要集中在二维矢量喷管上,但随着研究的深入,发现二维喷管优点很多,缺点也很明显,特别是移植到现役飞机上非常困难。为此,研制了轴对称推力矢量喷管。GE公司在80年代中期开始研制轴对称推力矢量喷管。GE公司研制的喷嘴由三个A9/转向调节作动器、四个A8/喉部面积调节作动器、三个调节环支撑机构、喷嘴控制阀和一套耐热密封板组成。
2.4流场推力矢量喷管
流场推力矢量喷管与之前的几种机械驱动推力矢量喷管完全不同。其主要特点是通过在喷管扩散段引入侧向二次流体来影响主气流的状态,从而改变和控制主气流的面积和方向,进而获得推力矢量。它的主要优点是为推力矢量省去了很多机械运动部件,简化了结构,减轻了飞机重量,降低了维修费用。
实现流场推力矢量控制的方法有很多种,目前研究的方法有以下几种:
1)喷气推力矢量控制。气流通过喷嘴扩散段的一个或多个喷孔喷入,迫使主气流在喷孔对面的壁面上流动,从而产生侧向力;2)回流推力矢量控制。在喷嘴出口段外增加一个夹套,形成一个回流腔。当需要主流偏转时,启动抽吸系统形成负压,使主流偏转产生侧向力。3)机械/流体联合推力矢量控制。在距喉部一定距离处,有一个或多个可旋转的气动小调节件,其长度相当于喉部直径的15%-35%。旋转由伺服机构控制,可以非矢量状态缩进管壁。调节件的紊流使气流偏转并产生侧向力。
在这些推力矢量装置中,挡板方案只在X-31、F-14、F-18等飞机上进行了试验验证,说明推力矢量控制飞机是有效的,没有被后来发展的推力矢量技术方案采用。二维矢量喷管是研究最早、技术最成熟的,已被F-22等飞机采用。轴对称推力矢量喷管的研究比二维矢量喷管稍晚,但发展很快,已被SU-35和SU-37采用。相比较而言,轴对称矢量喷管比二维矢量喷管功能更优越,技术难度更大,所以现在各国的研发重点都转移到了轴对称矢量喷管上。流场推力矢量喷管由于研究较晚,目前还处于研究和探索阶段,离实用化还有一段距离,但将是最有前途的推力矢量喷管。
第三,应用推力矢量技术后的一些战术效果
推力矢量技术在战斗机上应用后,战术效果有了很大提高。根据美俄的应用经验和飞行验证,确实如此。战斗机战术效果的提高可以从几个方面来解释:
1)增加了起降的机动性和安全性。因为在起飞和降落的过程中,可以利用推力转向来增加升力,使滑行距离大大缩短。如果反推,效果更明显,所以对机场的要求降低,飞机的使用更机动。对气候的要求也可以放宽,飞机不怕不对称结冰、突风、小风暴的干扰,起落架损坏的影响也减轻,战斗力相对提高。
2)突防能力、灵活性、存活率、攻击突然性增强,因为雷达反射面积减小,机动性增加。这种突然性很可贵。美国空军航空系统师司令约翰·洛奇(John M. Loach)将军说,过去被击落的飞行员中,有80%没有看到是谁向他们开火。存活率的提高增加了飞行员的信心,战斗机的装备也可以相应减少。美国空军计划将空军战斗机数量减少35%。
3)如果航程增加,则攻击或防御的范围增加。使用推力矢量技术后,由于舵面积的减小,可以减小阻力,降低油耗,增加相应的航程。此外,尾翼重量的减少可以导致飞机总重量的更大幅度减少,从而可以增加燃油,相应增加航程。
4)提高了近距离作战的战斗力,开辟了全新的空战战术。主要原因是可控攻角大大扩展,大大超过失速攻角,机头指向能力加强,提高了武器的使用机会。而且控制力的增加增加了敏捷性。大俯仰速率使飞机能够快速控制大迎角,使机头准确停在可以拦截目标的位置。同时可以根据所需的停留时间,实时保持和调整迎角,使机头指向目标,锁定并开火,然后快速推杆,使飞机回到更小的迎角(减小和复位)。常规飞机通常被限制在远低于失速迎角的条件下飞行,
5)空对地攻击性能提升,命中率提高,投弹后规避动作更加敏捷。