向量噴嘴

向量噴嘴，為一種飛機使用的推進技術，早期此技術大都用於垂直起降戰機上，至1980末期後開始在普通戰機上廣泛套用。

基本介紹

• 中文名：向量噴嘴
• 性質：噴嘴
• 屬性：向量
• 時間：1980年

技術介紹

飛行物體的推力是一種有強弱與方向的動量，而此種含強度與方向的動量即稱為向量。舊型飛行器（飛機、飛彈）的推力因受限於傳統推進器噴嘴的限制，使噴射氣流只能與飛行器中軸呈平行，並靠反作用力使飛行器往正前方移動而無法變換方向；而現代航空科技積極發展的向量推力技術，即是利用控制推進器噴嘴偏轉而達到改變噴射氣流方向並進而使向量改變，而此種可調整向量的技術就稱為向量推力控制（TVC，Thrust Vector Control），而此種推進方式通稱為向量噴嘴，目前設計中或問世的第五代戰機多均已采此種新技術。

比較未裝設向量噴嘴與裝設的飛行器，未裝設的飛行器因推力與中軸線平行，因此推力僅能提供向前的加速力，若強行進行高攻角動作則會使總推力無法平衡，造成失速；反觀採用向量噴嘴的飛行器，能夠透過噴嘴的偏轉而使部分推力方向改變，進而控制飛行器的姿勢，使飛行器的面對角度可與前進方向不同。

透過持續控制並微調向量噴嘴，使推力不通過飛行器的重心，飛行器可進行低速率、高攻角這類在傳統推力方式下必定失速墜毀的高級動作，此時向受控制的量噴嘴能夠持續提供足夠的平衡推力，只要機翼還有足夠的升力，飛行器就可以維持可控制的失速飛行；同時，向量噴嘴亦可在起降時提供額外的向下推力，使飛行器達到短場起降（STOL）甚至是垂直起降（VTOL）能力。

瓶頸

向量噴嘴技術的最大的考驗在於噴嘴偏轉部分的高溫問題，因推進器產生的超高溫氣體往正後方，直接接觸的就是阻擋氣體的噴嘴偏轉部分，持續的高溫及高壓會對材質造成損傷，並失去向量噴嘴效果；目前的解決方式是採用耐高溫材質，並在噴嘴內部設計散熱孔及在噴嘴略前方設定進氣孔導入冷卻氣流。

與飛機的結合

B-2幽靈式(Spirit)隱形轟炸機是全世界第一種實用化的飛翼設計隱形戰略轟炸機，而其下機身延伸過噴嘴的設計可以完全避免地面直視，或降低側面直視噴嘴的機率，同時這種設計也能讓氣流與發動機廢氣融合，藉此降低紅外線信號。在噴嘴後方的蒙皮，採用的是含雷達波吸收材料且低磁性的鈦合金與陶瓷材質，能使對方雷達難以從後方偵知B-2的存在。

F-22猛禽式(Raptor)戰機是全世界第一架第五代戰機，同時也是結合隱形、機動性與超強航電於一身的工程傑作，而它的普惠F119發動機尾端採用的是二維矢量噴嘴，不僅能讓F-22在低速時具備超強的機動性，也能有效遮蔽紅外線信號散逸，同時也將後燃器所使用的燃料噴灑器整合在內，進而取代了傳統的燃料噴灑桿。此外，其向量噴嘴板完美地融合進機體的曲線，且內部有小型孔洞，能夠強化氣流對於散熱的效果。

F-35閃電II式(Lighting II)使用的是普惠F135發動機，同時也是世界上推力最大的戰機發動機。在普惠設計這款F135，除了讓它具備超強推力和媲美F119的低訊號散逸性外，同時也旨在降低其維護成本，而從外觀上，有別於F119的兩片式二維向量噴嘴，F135的噴嘴是由兩組15片幾何造型的內、外板塊所組成。據普惠表示，被暱稱為“尾羽”的外板能夠包覆內層噴嘴，並讓噴嘴外觀保持光滑，從降低雷達波反射。

此外，這種噴嘴設計也能主動地創造渦流，並達到加速冷卻噴嘴的效果，而在外板之間還有一個與噴嘴同軸的管道，其原理很可能為將氣流直接導向熱廢氣排氣管，並加速熱廢氣與冷空氣的混合，以此降低紅外線訊號。

套用

向量噴嘴提供了飛行器高攻角與可控制的失速後動作，使飛行器有極大的空戰優勢，例如航空界著名的眼鏡蛇動作等超高難度動作皆可運用適當的控制向量噴嘴而較易達成，以往飛行器要進行大角度轉像甚至是閃避動作時得需要以高速轉彎達成，而這會造成過大的G力，運用向量噴嘴即可以較短時間與較低速度查達成，所造成的G力亦較低。

同時向量噴嘴能提高空氣力學效應，相對的可使主翼及尾翼小型化，機體總重量因此而能降低，且翼面縮小即代表雷達反射面積縮小，使得匿蹤性提高，總和增加作戰力。

而採用向量噴嘴的飛彈也因不需考慮軌道轉角問題，故可採用垂直發射，減少發射器所占空間並增加隱匿性。

目前分為二維向量噴嘴及三維向量噴嘴，前者只能向上下偏折，後者則是可以向上下左右的任何方向偏折。

新一代戰機為了提高機動能力而開始引入此技術，例如美國的F-22與F-35、俄國的Su-30及Su-37和Mig-35，不過仍有部分戰機設計師傾向以先天氣動構型來增強飛機的機動性而非用向量噴嘴這種後天強化方式來做補救。