最近关于俄罗斯苏-57隐形战斗机测试二元矢量推力发动机的消息,引发中国网友们的热烈期待:何时中国歼-20隐形战斗机也换上矢量推力发动机?
先说明一下,笔者并非航空飞行器专业设计出身,对于矢量推力发动机的了解也就是大众科普水平,所以这篇就是纯粹的凑热闹讨论,也欢迎大家留言讨论。不过从各国空军的发展经历上看,战斗机采用矢量推力发动机的优势,恐怕没有大家想象的那么乐观。
首先,从目前国外的实际情况看,采用矢量推力发动机的战斗机就那么几种:日本的“心神”试验机配装的XF5-1发动机,在尾喷口装有偏流片可以实现推力矢量控制,但只属于最基本的技术验证,没有实用性。俄罗斯从苏-30MKI也开始批量配备轴对称矢量推力发动机,它的喷管可上下偏转各15度,但通过巧妙地安排让喷管的水平轴线向内偏转32度,从而让苏-30MKI可以同时获得纵向和横向控制。这种设计后来也延续到俄军自用的苏-30SM和苏-35战斗机,以及后来的苏-57隐形战斗机。还有就是美国F-22隐形战斗机采用的二元矩形截面的矢量推力发动机,只具备上下偏转的能力。
多年以来,对于矢量推力发动机的称赞都集中在它可以极大提升战斗机的机动性,尤其是在大迎角甚至是过失速迎角等极端情况下,改善战斗机的飞行性能。利用矢量推力发动机的俄系战斗机与美国F-22,在各种航展上都展现了令人吃惊的空中机动能力。
但问题在于,所有事情都有代价的——矢量推力发动机增加了技术复杂度和维护难度,印度苏-30MKI就因此大吃苦头;推力矢量喷口本身会增加结构重量和飞行阻力,再加上发动机喷流被强行改变会造成推力下降,通常认为采用推力矢量发动机后,飞机的整体动力会下降10%。
因此是否为战斗机装备矢量推力发动机,实际取决于对于其超机动性能到底有多看重。俄罗斯秉承一贯重视战斗机超机动性的趋势,在苏-57的技术验证机上测试类似F-22的二元矢量推力发动机,这也并不奇怪。美国“动力”网站称,俄罗斯公布的设计图显示,苏-57新配备的二元矢量推力发动机采用四个独立控制的舵片,通过改变高温喷气的面积和方向来工作。这些舵面以一定角度安装,其中两个为亚音速飞行设计,另外两个为超音速飞行设计,同时这种设计将更有助于冷却高温喷气,降低战斗机后半球的红外信号。
但报道承认,这种设计到底是不是合算,还需要更多测试才能确定。
而美国在F-22之后推出的F-35A和F-35C战斗机都没有采用矢量推力发动机,只有F-35B因为垂直起降的需求才选用了可向下偏转95度的矢量推力发动机。从美国空军的实际作战设想看,第五代战斗机更强调利用隐形特性展开超视距作战,尽量减少近距离格斗——F-22作为全球首款五代机,设计于上世纪80年代,因此它采用矢量推力发动机,其实可以看做是当时美国空军对于未来空战发展的不成熟甚至是错误判断。
至于说中国空军,目前来看对于五代机的发展判断更类似美国空军。此前在2018年的珠海航展上,曾有配备矢量推力发动机的歼-10B-OVT技术验证机进行过高难度的空中机动飞行表演,2022年的珠海航展上也展出过带二元矢量喷管的“太行”发动机,这些都证明中国在矢量推力发动机领域有相当的技术积累。
但至今没有看到任何一款中国现役战斗机采用矢量推力发动机。笔者认为这可能与多方面因素有关。首先是中国战斗机常年都有动力相对不足的“心脏病”,保证足够的推力是头等大事,会带来动力大幅下降的矢量推力发动机因此首先就不被看好。
其次,中国空军现在越来越多的强调超视距作战,特别是采用氮化镓元件的先进有源相控阵雷达配合霹雳-15等远程空对空导弹,让歼-10C、歼-16等非隐形战斗机也在超视距作战领域相对其他国家的主力战斗机取得了不对称优势。中国空军这种强化超视距作战的思路,在最近频繁亮相、利用复合挂架成倍增加中程空对空导弹挂载量的歼-10C身上,也可以略见一瞥。
直白地说,中国空军当前更愿意让这些非隐形战斗机携带更多中程导弹执行视距外空战,而不是凭借机动能力展开格斗——毕竟有人驾驶战斗机换上矢量推力发动机之后的超机动性能再怎么厉害,也比不过霹雳-10格斗导弹60G的最大过载。
最后,歼-20隐形战斗机乃至歼-35/35A隐形战斗机,同样更侧重超视距作战——从它们都没有配备机炮,就能看出中国空军对此的态度。另外即便是换装WS-15大推力发动机的歼-20A,也远远谈不上动力“绰绰有余”到可以无视矢量推力发动机的影响,更何况歼-35还在采用过渡性质的WS-21,因此短时间内,这两种国产隐形战斗机都不太可能配备矢量推力发动机。至于说采用矢量推力发动机的歼-35有助于从滑跃式航母上起飞,这样的需求实在太小了——未来弹射版航母的电磁弹射器可以提供足够的起飞速度,也不需要矢量推力发动机提供的那点帮助了。
基本不会用。矢量喷管不是装上就完了,平时要付出更多的工时维护。相比付出的各种代价,那些机动性提升真的没什么意义。
完全不必!走自己的路就好
非常客观,作者谦虚了。
抬式布局机动了的、这种发动机没必要上还破坏隐身。20目前真正需要的是YF23的那种发动机跟尾喷口[并不简单]
跟本不需要,堆导弹射程性能,堆雷达电子势态感知,堆发动机推力性能才是正确道路
歼20的发动机圆形喷口雷达隐形极差,最大缺点红外线不隐形,所以歼20属半隐形。使用涡扇15发动机后,可改用二元矢量方形喷口和取消两片腹鳍,不但增加了机动性,尾部雷达隐形大副提高,最重要的是它的扁平方型喷口具有呈扇面左右分流分散红外线和温度的重大作用,实现了红外线隐形,虽会损失一些动力,但更重量的是换来实现和提高了真正意义上的综合全隐形战机,完全是超值的!成为真正的当代空中霸王!各种发动机喷口的优缺点和区别:1、普通圆形喷口(含锯齿状处理过的圆形喷口):因为圆形会产生大量的雷达漫反射,雷达隐形极差,如锯齿状处理过的雷达隐形会改善一些,所以它很简单、零部件很少、重量很轻、维修容易、雷达隐形较差、不能红外线隐形、不能增加机动性。2、多元矢量圆形喷口:因为必须18片小调节片同时转动才能实现喷口偏转,所以它很复杂、零部件很多、重量比较重些、维修困难、雷达隐形较差、不能红外线隐形、增加了机动性。3、二元矢量方型喷口:只需2片大调节片同时转动就能实现喷口上下偏转,只有4个雷达反射方向,所以它很简单、零部件很少、重量很轻、维修容易、雷达隐形很好、实现了红外线隐形、增加了机动性、损失一些动力。[拍手]
和很多人想象的不同,发动机矢量喷气最大的用处是缩短起降距离,f15那个验证机甚至还有反推功能,可惜到了f22列装版阉割了,而不是用来狗斗,航展上那些花里胡哨的过失速机动动作没一个对战斗有帮助的,