航空发动机推力矢量技术综述.doc

一?概述 推力矢量技术是指发动机推力通过喷管或尾喷流的偏转产生的推力分量来替代原飞机的操 纵血或增强飞机的操纵功能，对飞机的飞行进行实时控制的技术。对它的应用，还得依靠计 算机、电了技术、自动控制技术、发动机制造技术、材料和工艺等技术的一体化发展。 利用推力矢量技术到新设计和改型的下一世纪军用飞机上，的确是一个有效的技术突破 口，它对战斗机的隐身、减阻，减重都十分有效。 推力矢量技术能让发动机推力的一部分变成操纵力，代替或部分代替操纵面，从而大大 减少了雷达反射面积；不管迎角多大和飞行速度多低，飞机都可利用这部分操纵力进行操 纵，这就增加了飞机的可操纵性。由于直接产生操纵力，并且量值和方向易变，也就增加 了飞机的敏捷性，因而可适当地减小或去掉垂尾，也能替代其他一些操纵面。这对降低飞 机的可探测性是有利的，也能使飞机的阻力减小，结构重减轻。因此，使用推力矢量技术 是解决设计矛盾的最佳选择。许多年来，美、俄等国作了大量的飞行试验，证明了利用推力 矢量技术的确能达到预定的目的。 1991年4月海湾战争结束示，五角大楼拿出500亿美元，研制不同于F-117的新型隐身 飞机，使用了推力矢量技术，于是就有了基木满足上述多种要求的F?22战斗机。俄罗斯开 展隐身和推力矢量技术的应用研究包括，米格1.44利用发动机向不同方向发出的气流的反 作用力可以迅速改变方向。《简氏防务周刊》在1992年就说俄罗斯人己经超越了 F-117, 直接研制出了现代的超声速攻击机，成了 F-22的竞争对手。 二技术分类及对飞机总体性能的影响 2.1折流板 70年代屮期，徳国MBB公司的飞机设计师沃尔夫岗?赫尔伯斯提出利用控制发动机尾喷流 的方向来提高飞机的机动能力。1985年美国国防预研局和MBB公司联合进行了可行性研 究，1990年3月，美国Rockwell公司、Boeing公司和徳国MBB公司共同研制的在发动机 尾喷口装有可改变推力方向的3块碳纤维复合材料舵面的试验验证飞机X-31出厂，并进行 了试飞，其舵面可相对发动机轴线偏转±10。，在迎角为70。时仍能操作白如，并具有过失速 机动能力［1,2］。 从1993年11月一 1994年年底,在X?31与F?18之间进行了一系列的模拟空战,在X?31飞 机不使用推力矢量技术与F/A-18飞机同向并行开始空屮格斗的情况下，16次交战屮F-18 赢了 12次；而在X?31使用推力矢量技术时66次交战X-31 MT 64次卩］。此外，美国在 F-14和F-18上分别安装折流板进行了试验。 -?般来说，折流板方案是在飞机的机尾罩外侧加装3或4块可作向内、向外径向转动的尾板, 靠尾板的转向来改变飞机尾气流的方向，实现推力矢量。这种方案的特点是发动机无需做任 何改装，适于在现役飞机上进行试验。其优点是结构简单，成木较低，作为试验研究有一定 价值。但有较大的死重和外廓尺寸，推力矢量工作时效率低，对飞机隐身和超音速巡航不利, 所以它仅是发展推力矢量技术的一种试验验证方案。 2.2二元矢量喷管 二元矢量喷管是飞机的尾喷管能在俯仰和偏航方向偏转，使飞机能在俯仰和偏航方向上产生 垂直于飞机轴线附加力矩，因而使飞机具有推力矢量控制能力。二元矢量喷管通常是矩形的, 或者是四块可以配套转动的调节板。二元矢量喷管的种类有：二元收敛一扩散喷管 （2DCDN）、纯膨胀斜坡喷管（SERN）、二元楔体式喷管（2DWN）、滑动喉道式喷管（STVN） 和球面收敛调节片喷管（SCFN）等。 通过研究证实，二元矢量喷管易于实现推力矢量化。在80年代末，美国两架预研战斗机 YF-22/F119和YF-23/F120均采用了这种矢量喷管。 二元矢量喷管的缺点是结构比较笨重，内流特性较弟。 二元推力矢量发动机的典型： 美国普惠公司(Pratt Whitney) F119发动机，这也是F22使用的发动机 22 2 2帯二元矢量喷管的F119发动机卩 F119的喷口是矩形的, 简单点说，是由4个平板围成的，像一个方盒了 但是，左右两个平曲是固定的 上下两个平面却是活动的，像门一样分别围绕着一个较链上下活动，范围是±20。 因此，上下两个活动板配合，上下活动，就可以完成对发动机喷口气流的导向 但是，由于只能上下活动，气流也只能俯仰控制 所以被称为二元喷口，也就是二维喷口 2.3轴对称矢量喷管 推力矢最技术的研究最初集屮在二元矢量喷管，但随着研究的深入发现二元喷管优点虽多但 缺点也很明显，尤其是移植到现役飞机上相当困难。因此又发展了轴对称推力矢量喷管。 GE公司在20世纪80年代屮期开始轴对称推力矢量喷管的研制，其研制的喷管由3个A9/ 转向调节作动筒、4个A8/喉道面积调节作动筒、3个调节环支承机构、喷管控制阀以及一 组耐热密封片等构成。 轴对称矢量发动机的典型 俄罗