尾喷管是喷气式飞机的涡喷发动机的组成部分之一,主要作用是将喷气式飞机燃油燃烧后的产物如二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、未完全燃烧的小分子烃类物质喷射出去,利用喷射时空气产生的反作用力来推动飞机,现代战斗机的尾喷管可随着发动机气流的大小,通过作动筒控制隔热板和密封片的扩张和收缩来适应不同的速度要求,当飞机启动加力的时候,尾喷管直径为最大。
矢量尾喷管作为矢量发动机的一部分,各国都在争相研制,因为矢量发动机可随时改变飞机动力的方向,这使得装备矢量涡喷发动机的飞机可以比没有装备矢量涡喷发动机的飞机更加灵活,可完成成功气动舵面控制的飞机无法完成的高难度战术动作,上图为欧洲台风战斗机正在研制的矢量发动机的尾喷管,去掉外壳后,其内部的作动筒和密封片设计一目了然。由于要承受极高温度下发动机气流偏转控制,能否隔热并将高温气流很好的密封起来,是矢量尾喷管的难点之一和关键所在。
美国在为F-22研制矢量尾喷管的时候,圆滑的采取了二元矢量喷管方案,即只能上下改变气流方向。使得动作机构简单可靠,装备多年以来还未听说F-22发动机和矢量喷管出现什么问题,反而是不起眼的制氧机给美国空军造成了不小的麻烦,笔者认为,美国采取二元矢量喷管在降低技术风险的同时还降低了成本,是一种明智之选,但是二元只能在垂直方向起作用,相比俄罗斯研制的轴对称立体喷管,还是差一点。
近距离的看一下二元喷管结构,可以发现其左右两边依靠机体进行隔热和密封,尾焰外漏比较严重,因此发动机喷口周围都必须使用耐高温材料进行包裹,而且研究表明,二元喷管的气动效率远不如轴对称立体喷管来的灵活高效。
近日,据相关资料显示,中国已经在涡扇-10B发动机和涡扇-15上使用验证了国产矢量喷管,而且早在2002年就经过了连续运转216小时的极限测试,而俄罗斯的117S使用的矢量喷管最大寿命只有200小时,因此,军用大推力涡扇发动机方面中国是存在15年左右差距,但是矢量喷管技术却是超过俄罗斯的,为涡扇-10B发动机安装试用也是正常。
为中国歼-20专门研发的涡扇-15据悉也安装和实验了国产矢量喷管,从2016号原型机沉寂半年之久,笔者推测该机是在为涡扇-15的装机试用做测试和准备,而且中国的矢量喷管不单单是发动机和喷管的单独技术,而是一种飞火推一体化设计,所谓飞火推一体化就是飞控,火控,推进器一体化运作模式,打个比方,在近距离格斗中,歼-20携带的霹雳-10空空导弹锁定目标过程中,火控数据和飞行员的操纵杆发出的飞控数据和发动机矢量喷管的状态数据,三者合一,都由歼-20的飞行电脑进行比对,给出适当的回馈,而飞行员不必单独再控制矢量喷管的偏转,只需要专心于眼前的目标作出正确的战术判断即可,这种模式将极大的提高歼-20的机动性和格斗能力,只要飞行员愿意,在空中作出芭蕾舞动作也不足为奇,现在就等涡扇-15完成最后的攻关,中国歼-20就可以使用上完全国产的矢量发动机。(作者署名:军事天地)