填補(bǔ)航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域短板

通俗的解釋，矢量（向量）就是既有方向也有大小的量。一般的航空發(fā)動(dòng)機(jī)都是直接向后噴氣產(chǎn)生向前的推力，不能做到改變噴氣的方向，因此就難以向各個(gè)方向提供推力。

而矢量發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管可通過自身偏轉(zhuǎn)把發(fā)動(dòng)機(jī)噴流從平行于機(jī)身縱軸線引向其它方向，產(chǎn)生矢量方向上的側(cè)向分力，不僅可用于產(chǎn)生直接升力，大幅縮短戰(zhàn)斗機(jī)的起降滑跑距離，還能不依賴氣動(dòng)舵面提供更直接的控制力矩，從而大幅提高戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)動(dòng)性能和過失速機(jī)動(dòng)能力。

資料顯示，早在今年的9月3日，一張殲-10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)尾噴管的圖片就曾在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)。該圖片源自公開出版的《兵工科技》雜志，是該機(jī)軸對(duì)稱矢量噴管的首張清晰照。

從圖片上看，殲-10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)除換裝帶矢量噴管的WS-10B發(fā)動(dòng)機(jī)之外，還在后機(jī)身上增加了4個(gè)安裝支座，用于在高難度矢量試飛科目中安裝尾旋改出傘，以提高安全系數(shù)。為了避免干涉矢量噴管的向上偏轉(zhuǎn)，該機(jī)減速傘艙下方的尾椎還被切除了一小塊。

圖/視覺中國(guó)

2017年年底，安裝有國(guó)產(chǎn)軸對(duì)稱全向矢量噴管和WS-10B發(fā)動(dòng)機(jī)的殲-10B驗(yàn)證機(jī)順利飛上天空。這次珠海航展現(xiàn)身的殲-10推力矢量技術(shù)驗(yàn)證機(jī)以及其安裝的國(guó)產(chǎn)WS-10B發(fā)動(dòng)機(jī)高調(diào)亮相和驚艷表現(xiàn)，都在表明中國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域又完全填補(bǔ)了一塊短板，取得了新的里程碑式進(jìn)步。

對(duì)此，殲-10B推力矢量技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)總指揮、航空工業(yè)副總經(jīng)理?xiàng)顐ケ硎荆骸皩?shí)現(xiàn)過失速機(jī)動(dòng)飛行，充分體現(xiàn)了殲-10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)優(yōu)異的飛行性能，體現(xiàn)了我們英雄試飛員精湛高超的飛行技術(shù)?！?/p>

幾十年研發(fā)“厚積薄發(fā)”

眾所周知，航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的“心臟”，其性能直接決定了飛機(jī)的整體性能，沒有先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，就沒有先進(jìn)的飛機(jī)。而推力矢量技術(shù)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，它包括推力轉(zhuǎn)向噴管技術(shù)和飛機(jī)機(jī)體/推進(jìn)/控制系統(tǒng)一體化技術(shù)。因此推力矢量技術(shù)的開發(fā)和研究需要尖端的航空科技，反映的是一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力和研發(fā)、制造實(shí)力。

在本屆珠海航展上，除了這架隸屬于航空工業(yè)的殲-10推力矢量技術(shù)驗(yàn)證機(jī)高調(diào)亮相，在室內(nèi)展廳，中國(guó)推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也一并展示，公開程度前所未有。中國(guó)航發(fā)集團(tuán)旗下各個(gè)子單位帶來了各種先進(jìn)產(chǎn)品展示，其中對(duì)推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的控制技術(shù)也進(jìn)行了公開展示。

事實(shí)上，中國(guó)在上世紀(jì)八十年代就開始了研發(fā)矢量噴管的工作，到現(xiàn)在可以說技術(shù)積累很豐厚，應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。此次航展上，中國(guó)在推力矢量技術(shù)方面取得的成果，完全可以用“厚積薄發(fā)”來形容。

有報(bào)道顯示，2003年，航空動(dòng)力專家、中國(guó)工程院的劉大響院士就證實(shí)我國(guó)自行研制的軸對(duì)稱矢量噴管已經(jīng)進(jìn)行了臺(tái)架測(cè)試，而且運(yùn)轉(zhuǎn)得非常成功。

在研發(fā)路徑上，我國(guó)在矢量噴管上走得路線既不是俄式簡(jiǎn)單粗暴的關(guān)節(jié)式，也不是美式貌似高大上的矩形二元式，而是軸對(duì)稱全向矢量噴管路線。軸對(duì)稱矢量噴管不僅保持了傳統(tǒng)圓形截面尾噴管重量輕、推力損失小的優(yōu)點(diǎn)，避免了矩形二元尾噴管的厚重結(jié)構(gòu)和漏氣缺陷。還能夠向360度任意方向偏轉(zhuǎn)一定角度，不僅能提供俯仰力矩，還能提供偏航力矩，在矢量操縱上更加細(xì)膩，當(dāng)然對(duì)飛控的整合能力要求也更高。

由于殲-10B是單發(fā)飛機(jī)，采用的是軸對(duì)稱360度偏轉(zhuǎn)的矢量噴管，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提出了氣動(dòng)、熱、載荷、控制等一系列挑戰(zhàn)。而殲-10B推力矢量技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)了航空關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新突破。

據(jù)殲-10B推力矢量技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師王海峰介紹，“如今大家可以對(duì)我們的飛機(jī)更加自信，同時(shí)也可以對(duì)我們的發(fā)動(dòng)機(jī)更加自信?！?/p>

飛發(fā)一體綜合設(shè)計(jì)應(yīng)用典范

航空工業(yè)近日在《官宣：中國(guó)矢量機(jī)超機(jī)動(dòng)！超激動(dòng)！》一文中提出：殲-10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)所展現(xiàn)出的大迎角精準(zhǔn)可控飛行，這背后的技術(shù)實(shí)現(xiàn)是需要采用全新的方法獲得在大迎角區(qū)域很難測(cè)準(zhǔn)的迎角、側(cè)滑角等信息，要將矢量噴管與飛機(jī)的氣動(dòng)舵面進(jìn)行深度耦合，進(jìn)行飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制，還要做到在常規(guī)迎角、過失速區(qū)域等不同特性的區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)切換、無縫連接。

殲-10B推力矢量驗(yàn)證機(jī)能有如此驚艷的過失速機(jī)動(dòng)飛行表演，是因其在擁有帶推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)，還具有優(yōu)良的大迎角氣動(dòng)性能、良好的進(jìn)發(fā)匹配特性、獨(dú)特的飛行控制技術(shù)，以及試飛環(huán)節(jié)的高效安全。

業(yè)內(nèi)人士指出，推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)有兩大技術(shù)難點(diǎn)，一是尾噴管的結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)應(yīng)用，二是對(duì)推力矢量的控制以及和飛控系統(tǒng)的交聯(lián)問題。

其中，推力矢量發(fā)動(dòng)機(jī)的控制問題除了常規(guī)的推力大小控制，還多出了推力方向變化對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的影響；這種影響一旦控制不好會(huì)惡化飛行品質(zhì)，甚至造成失控。

因此，推力矢量控制系統(tǒng)就顯得十分重要。對(duì)尾噴管的自身運(yùn)動(dòng)控制來說，要確保偏轉(zhuǎn)作動(dòng)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定可靠，不能造成震蕩，也不能響應(yīng)遲緩。對(duì)全機(jī)飛控系統(tǒng)來說，推力矢量的控制要與氣動(dòng)控制深度交聯(lián)，各個(gè)氣動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)與尾噴管偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)完美配合，這樣才能充分發(fā)揮飛機(jī)本身氣動(dòng)設(shè)計(jì)和推力矢量各自的最大效能，做到1+1＞2，實(shí)現(xiàn)各類非常規(guī)機(jī)動(dòng)。

據(jù)了解，俄羅斯最早在賣給印度的蘇-30MKI戰(zhàn)斗機(jī)上批量應(yīng)用推力矢量技術(shù)，但那時(shí)的俄制控制系統(tǒng)技術(shù)落后，無法實(shí)現(xiàn)推力矢量和飛控的深度交聯(lián)，因而實(shí)際性能大打折扣。

業(yè)內(nèi)人士提出，殲-10B推力矢量技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目成功離不開由航空工業(yè)、中國(guó)航發(fā)、試飛中心等單位組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，不但是我國(guó)推力矢量技術(shù)的重大突破，也是中國(guó)飛發(fā)一體綜合設(shè)計(jì)與應(yīng)用的典型范例。

裝備殲-20令人期待

由于推力矢量技術(shù)對(duì)于對(duì)戰(zhàn)機(jī)的隱身、減阻、減重都十分有效，所以是世界五代戰(zhàn)機(jī)必備的關(guān)鍵技術(shù)之一。美國(guó)的F-22戰(zhàn)機(jī)正是因?yàn)檫\(yùn)用了此技術(shù)，才有了高機(jī)動(dòng)性與隱身能力?？梢哉f如果沒有裝備F119發(fā)動(dòng)機(jī)，F(xiàn)-22飛機(jī)就不能稱為第五代戰(zhàn)斗機(jī)。而F-22過失速機(jī)動(dòng)、短距起降的功能與航空發(fā)動(dòng)機(jī)矢量噴管控制密不可分。

相比F-22的機(jī)動(dòng)性和超音速巡航能力，殲-20一直存在著短板和不足，這也是其經(jīng)常被人認(rèn)為不是真正的五代戰(zhàn)機(jī)的主要原因。面對(duì)殲-10B的高調(diào)，殲-20是否裝備了矢量發(fā)動(dòng)機(jī)就成為了人們關(guān)心的焦點(diǎn)。

在11月6日下午舉行的媒體見面會(huì)上，當(dāng)被問到“殲-20未來是否會(huì)換裝矢量發(fā)動(dòng)機(jī)”時(shí)，作為殲-20總設(shè)計(jì)師的楊偉表示，“你的問題是什么時(shí)候可以用上，但你怎么知道沒有用上呢？”這一句看似沒有正面回答的反問句，立即引起了全場(chǎng)的掌聲。

有媒體分析，此次參加航展表演的殲-20編號(hào)為78230，生產(chǎn)序列號(hào)為CB0018，也就是第18架量產(chǎn)的殲-20戰(zhàn)機(jī)，其是在2017年年初服役的，據(jù)此判斷，很有可能裝備矢量發(fā)動(dòng)機(jī)的殲-20應(yīng)該已經(jīng)下線，也許正在進(jìn)行飛行測(cè)試！

楊偉在接受采訪時(shí)還表示，“推力矢量技術(shù)是一個(gè)通用技術(shù)，未來任何一型飛機(jī)有所需要，都可以毫不猶豫地進(jìn)行應(yīng)用?！庇纱耍覀兿嘈?，換裝了矢量發(fā)動(dòng)機(jī)之后的殲-20將更加令人期待！