推力矢量尾噴管是指能夠控制排出氣流的方向使推力方向變化的尾噴管。
基本介紹
- 中文名：推力矢量尾噴管
- 外文名：Thrust vector nozzle
- 領域：航空航天工程
- 技術：推理矢量技術
簡介,推力矢量尾噴管的功能,推力矢量飛機飛行原理,推力矢量技術,
簡介
能夠控制排出氣流的方向使推力方向變化的尾噴管稱為推力矢量尾噴管。目前通常是採用機械方法使尾噴管管道轉向以控制推力方向，如矩形、軸對稱和球形推力矢量尾噴管等。
推力矢量尾噴管的功能
採用推力矢量尾噴管,可以顯著提高飛機的以下性能:
(1 ) 降低起飛和著陸距離。起飛過程中, 尾噴管先轉向上, 在很低的飛行速度下飛機可抬頭,抬起前起落架後尾噴管再轉向下, 直接產生升力, 可以大大減小起飛滑跑距離; 著陸過程中,利用俯仰推力矢量, 減小進場速度,滑跑距離減小。
(2 ) 超機動性和超機敏性。飛機的機動性指快速直線加速和轉彎能力, 良好的機動性必須與有效的操縱性相結合。操縱性是指迅速地改變姿態和保持所希望姿態的能力。常規飛機的操縱性靠飛機操縱面的氣動力實現。這種氣動力在大攻角、大側滑角、低飛行速度和高空飛行條件下最小,特別是操縱面失速時接近於零, 因此不能突破“失速障礙”。常規的機動性加操縱性稱常規機敏性。推力矢量尾噴管用於飛機操縱, 可突破“失速障礙”,使飛機有“過失速機動性”,即“超機動性”和“超操縱性”, 超機動性加超操縱性稱超機敏性。
(3 ) 超聲速巡航。採用推力矢量尾噴管有助於實現發動機不加力時的飛機超聲速巡航。推力矢量尾噴管與飛機一體化設計,噴流向下折轉使機翼形成超環量, 升力增加,提高升阻比, 減小超聲速飛行時的阻力。
(4 ) 隱身性。採用推力矢量尾噴管可使飛機操縱面積減小, 不加力超聲速巡航, 若採用大寬高比的矩形尾噴管可大幅度降低可探測性。
(5 ) 對於民用運輸機, 採用推力矢量尾噴管可以增加飛行安全性和改善飛機性能。
簡而言之，推力矢量技術就是通過偏轉發動機噴流的方向，從而獲得額外操縱力矩的技術。我們知道，作用在飛機上的推力是一個有大小、有方向的量，這種量被稱為矢量。然而，一般的飛機上，推力都順飛機軸線朝前，方向並不能改變，所以我們為了強調這一技術中推力方向可變的特點，就將它稱為推力矢量技術。
不採用推力矢量技術的飛機，發動機的噴流都是與飛機的軸線重合的，產生的推力也沿軸線向前，這種情況下發動機的推力只是用於克服飛機所受到的阻力，提供飛機加速的動力。
採用推力矢量技術的飛機，則是通過噴管偏轉，利用發動機產生的推力，獲得多餘的控制力矩，實現飛機的姿態控制。其突出特點是控制力矩與發動機緊密相關，而不受飛機本身姿態的影響。因此，可以保證在飛機作低速、大攻角機動飛行而操縱舵面幾近失效時利用推力矢量提供的額外操縱力矩來控制飛機機動。第四代戰鬥機要求飛機要具有過失速機動能力，即大迎角下的機動能力。推力矢量技術恰恰能提供這一能力，是實現第四代戰鬥機戰術、技術要求的必然選擇。
推力矢量飛機飛行原理
普通飛機的飛行迎角是比較小的，在這種狀態下飛機的機翼和尾翼都能夠產生足夠的升力，保證飛機的正常飛行。當飛機攻角逐漸增大，飛機的尾翼將陷入機翼的低能尾流中，造成尾翼失速，飛機進入尾旋而導致墜毀。這個時候，縱然發動機工作正常，也無法使飛機保持平衡停留在空中。
然而當飛機採用了推力矢量之後，發動機噴管上下偏轉，產生的推力不再通過飛機的重心，產生了繞飛機重心的俯仰力距，這時推力就發揮了和飛機操縱面一樣的作用。由於推力的產生只與發動機有關係，這樣就算飛機的迎角超過了失速迎角，推力仍然能夠提供力矩使飛機配平，只要機翼還能產生足夠大的升力，飛機就能繼續在空中飛行了。而且，通過實驗還發現推力偏轉之後，不僅推力能產生直接的投影升力，還能通過超環量效應令機翼產生誘導升力，使總的升力提高。
裝備了推力矢量技術的戰鬥機由於具有了過失速機動能力，擁有極大的空中優勢，美國用裝備了推力矢量技術的X-31驗證機與F-18做過模擬空戰，結果X-31以1:32的戰績遙遙領先於F-18。
使用推力矢量技術的飛機不僅其機動性大大提高，而且還具有前所未有的短距起落能力，這是因為使用推力矢量技術的飛機的超環量升力和推力在升力方向的分量都有利於減小飛機的離地和接地速度，縮短飛機的滑跑距離。另外，由於推力矢量噴管很容易實現推力反向，飛機在降落之後的制動力也大幅提高，因此著陸滑跑距離更加縮短了。
如果發動機的噴管不僅可以上下偏轉，還能夠左右偏轉，那么推力不僅能夠提供飛機的俯仰力矩，還能夠提供偏航力矩，這就是全矢量飛機。
推力矢量技術
推力矢量技術的運用提高了飛機的控制效率，使飛機的氣動控制面，例如垂尾和立尾可以大大縮小，從而飛機的重量可以減輕。另外，垂尾和立尾形成的角反射器也因此縮小，飛機的隱身性能也得到了改善。
推力矢量技術是一項綜合性很強的技術，它包括推力轉向噴管技術和飛機機體/推進/控制系統一體化技術。推力矢量技術的開發和研究需要尖端的航空科技，反映了一個國家的綜合國力，目前世界上只有美國和俄羅斯掌握了這一技術，F-22和Su-37就是兩國裝備了這一先進技術的各自代表機種。
