F-22矩形矢量噴口，獨門黑科技！戰機矩形_圓形尾噴口，有何差異1

F22的二元識量噴口是失敗的設計 都什麼年代了還有人相信這種說法 畢竟作爲開發戰鬥機發動機最強大的國家 如果二元識量噴口是失敗之作 美國怎麼可能將其安裝在首款五代機上面呢 那麼二元識量噴口和三元識量噴口到底孰優孰劣 F22爲何使用二元識量噴口 接下來跟着大兵一起來看一下 推力失量技術是指飛機將其推力從它的發動機平行方向 引向其他方向的技術 該技術除了能爲戰機提供垂直起降和短距起降能力外 還能在空中爲飛機提供額外的機動能力 目前主要應用於兩個方面 一方面是在很低速度時 氣動舵面幾乎失效的情況下 推力失量爲戰機產生額外的操縱力矩 調整戰機姿態做出相應動作 另一方面呢在高速飛行時 由於舵面的偏轉會產生較大的衍生阻力 推力失量用幾乎不產生阻力的方式協助產生力矩 保證戰機機動能力的同時降低能量的損失 這方面呢在20世紀60年代開始 美國便先後在F11虎式戰機上安裝了反推力噴口 同時還在F15-16上加裝的多軸失量噴口 以此驗證較大幅度的偏轉和超常規機動能力 隨後更是在F15 SMDT上安裝了二元矩形失量噴口 進而驗證機動增強和短距起降能力 以及爲F18 HARV加裝摺流板 驗證超大公角飛行能力 這些實驗呢爲美國提供了大量的推力失量的經驗 到了上世紀70年代中期 德國MBB公司的飛行設計師沃爾夫岡·赫爾伯斯提出了 利用控制發動機尾噴流的方向來提高戰機的機動能力 1985年美國國防預言局和MBB聯合進行了可行性研究 1990年3月美國的Rockwell公司 Boeing公司和德國的MBB公司共同研製的驗證飛機X-31出場 在發動機尾噴口裝有可改變推力方向的三塊碳纖維複合材料舵面 並進行了試飛 結果顯示其舵面可相對發動機軸線偏轉正負10度 在迎角爲70度時仍能操縱自如 並且擁有過失速機動能力 緊接着在1993年11月到1994年年底 美國在X-31和F-18之間進行了一系列的模擬空戰 在X-31不使用推力適量技術的情況下 與F-18同向並行開始空中格鬥 16次交戰中F-18贏了12次 而在X-31使用推力適量技術的情況下 66次交戰X-31贏了64次 此外美國還在F-14和F-18上分別安裝了折流板進行了實驗 經過以上的一系列實驗的產物 便是裝備了2元適量噴口的F-22猛禽 而俄羅斯在這方面的發展開始比較晚 直到20世紀80年代後期纔開始發力 先是爲一架蘇27UB改裝了3元適量噴口 也就是軸對稱推力適量噴口 後來又在1996年對蘇37進行了同樣改裝 之後蘇30後期的改進型號都使用了這項技術 並且實現了量產 目前已裝備蘇30MKI MKM SM等機型 與此同時米高陽設計局也爲米格29使用了類似技術 並在2005年讓改裝後的米格29OVT參加了航展 只不過至今仍然沒有量產裝機的計劃 除此之外 即使是米格35也沒有安裝適量噴口 也就是說除了自己的五代機蘇57以外 俄羅斯的推力適量技術大多是應用於側位系列改進型戰機 而且使用的都是固定在V型軌跡的俯仰偏轉方式 而自從F22和蘇30 3557面世以來 這些戰機噴口外形的差異便引起了衆多軍事愛好者的興趣 並且就孰優孰劣方面是爭論不休 特別是在蘇57誕生之後 這個問題上更是愈加白熱化 許多人堅信2010年首飛的蘇57 要比1997年首飛的F22有着後發優勢 更是聲稱F22在很多技術上有着實驗意味 但事實真的如此嗎? 目前關於矩形噴口 時常有人認爲它的推力損失較大 理由很簡單 甚至有些離譜 他們舉例消防用的噴水龍頭 因爲是圓形的 所以才噴的圓 但是當問到他們 如果噴水龍頭是矩形的 就一定噴的很近嗎? 就會說自己也沒見過 既然沒見過矩形龍頭 所以應該還是圓形噴的圓 好傢伙 有邏輯 但是不多 其實大兵並不鼓勵大家用生活中的例子做粗淺的類比 畢竟只要學過中學物理知識 那麼便會知道 決定戰機性能的不是推力 而是推力減阻力這個差值 也就是有效推力 由於矩形噴口和戰機後體有較好的氣動配合 因此後體阻力較小 並不適用於消防龍頭之類的例子做類比 在這方面 美國做過大量的風洞實驗 結果顯示 在低速情況下 矩形和圓形噴口的有效推力只差了2% 這麼小的差力並不算問題 而隨着戰機速度不斷的增大 矩形噴口的有效推力優勢也會逐漸增大 直至達到10%的量級 比圓形噴口要大很多 其實俄羅斯之所以不適用矩形噴口 主要是因爲矩形噴口在硬力分佈和疲勞性能上 由於結構不對稱 矩形折角部位 對於俄羅斯等不善於提升發動機元件壽命的國家來說 此類設計自然是要盡力避免 而對於美國這類善於提升發動機元件壽命的國家來說 自然就無關緊要了 另外呢 矩形噴口相較於圓形噴口增重較多 比如蘇37試量噴口的單發增重約120公斤 而F16MATV便使用了更爲精巧的AVEN推力試量噴口 單發增重更是隻有約90到100公斤 相比之下呢 幾種矩形推力試量方案呢 它們的單發增重都在130到150公斤 再加上噴口位置離飛機置心較遠 很容易讓置心產生較大的後移 導致抬頭過敏 對飛控造成更多的挑戰 這對於飛控能力較差的俄羅斯來說呢 更是需要竭力避免的 還有就是圓形噴口並不是全向試量噴口 現今有些專家說 二圓試量噴管只能在垂直方向上上下旋轉 而三圓試量噴管呢 卻能上下左右全方向的偏轉 這個解釋是錯誤的 大家需要知道 圓形試量噴管之所以叫三圓噴管 是因爲不論它能不能偏轉 發動機噴管裏面的氣流那都是三圓流 而二圓試量噴管呢 由於它的截面積不是圓的而是矩形 因此發動機排氣管裏的氣流是二圓流 所以不要將兩者理解爲二圓只能上下偏 三圓卻能上下左右全方位偏轉 而一般意義上的二圓噴管和三圓噴管 一般來講都是不偏轉的 大斌舉個例子來說 蘇57所使用的圓形噴口 其實仍然是侷限在俯仰軸運動的噴口 只不過軌跡不平行而是一個V形軌跡 這樣做呢算是有得有失 其中缺點呢是損失了一部分俯仰軸力矩 畢竟垂直方向的力只剩下一個分量 好處是能夠產生一定的偏航力矩 但是與專業的全向試量 例如F16 MATV的AVEN相比仍有缺陷 蘇57如果想要產生向左的偏轉力矩 那麼左邊的噴口就需要向上偏轉 右邊的噴口需要向下偏轉 這樣則會產生一個不想要的橫滾力矩 也就是寄生力矩 如果戰機有一定的速度 那麼用插動復翼等氣動舵面就能克服 但是速度很低則無法克服 只能限制偏角 因此這項措施本質上就是損失一點撫養能力 獲得一點偏航能力 也就是拆了東牆補西牆 算是俄羅斯對蘇57做出的一種取捨 而相較於圓形噴口 F22的矩形噴口卻有着很多優勢 首先它的矩形試量噴口 是目前全球唯一可以做到20度偏轉角度的同類產品 與之相比 俄羅斯圓形噴口只有15度左右 而圓形噴口偏轉角度的世界紀錄保持者 是由F16MATV用AVEN創造的17度 造成這一差距的原因有很多 最重要的一點呢 是源自於密封艦的設計難度 另外關於推力系數方面 隨着發動機射流被偏轉 推力自然會不可避免的出現損失 在同樣偏轉角度下 假設我損失5%推力 你損失10% 那麼我的推力系數就是95% 你是90% F22二元噴口有個特點 就是大偏角的推力系數很高 如果大家有着一定的數理基礎 就能發現以下四個規律 也就是推力施量的作用效用 和推力施量偏角的正弦乘正比 二和飛機推重比乘正比 三和機身緊湊程度乘正比 四和噴管的推力系數乘正比 如果這四項都佔優 那麼就是四次方級別的優勢 由於F22強調大推重比 短機身 低轉動慣量 再加上較大的噴口偏轉角度和推力系數 使其能夠達成自身俯仰軸機動優勢的最大化 根據一系列的風動實驗的結果 當推力施量大幅偏轉時 其引射效應會產生很大的增生 偏角更大的二元噴口能獲得更好的增生 使得F22做超常規機動時的高度損失很小 在這方面 它的噴口設計是功不可沒的 另外 由於二元噴口只有俯仰軸的操縱性 而有些圓形噴口 卻有着偏航軸操縱性 因此一些軍事迷據此宣稱 二元噴口無法改善戰機的水平機動性 大兵是很不理解這個流傳甚廣的說法 因爲戰機水平轉彎都側着機身 其間剛好是俯仰軸的施量協助轉彎 上面的說法應該是對應不拉坡度直接偏航迴轉 其實這對應了兩種轉彎的方式 兩者相比也各有優缺點 首先從氣動力來說 大坡度轉彎時 協助轉彎的氣動力是機翼升力導致的向心力 而無坡度轉彎時 協助轉彎的氣動力則是機身和垂尾整體的側力 一般情況下 前者是大於後者 也會導致更高的加速度和位移 其次 從推力施量的作用效果來說 大坡度轉彎時起作用的是俯仰軸施量 偏角度可以達到15-20度 在無坡度轉彎時起作用的是偏航軸施量 偏角度爲5-8度 前者更能充分的利用偏轉力矩 最後從進入範圍來看 大坡度轉彎需要進入速度不低於失速速度 不然就會因爲失速導致側滑 零坡度轉彎雖然沒有最小的速度限制 卻有着最大速度的限制 導致戰機承受側力的能力遠小於承受升力 也就是說 上述說法是根本經不起推敲的 至於F22爲何使用二元噴口 大家接着往下看就明白了 自從F22誕生以來 一直有人說它的二元噴口有隱身缺陷 關於這一點 其實二元噴口的隱身缺陷只是槍體反射 實際上該噴口卻讓F22的後體設計更爲平滑 減少了曲面反射 除非是從後方照射 不然在其他角度看來會更爲隱身 而對於槍體反射 洛馬也是知道這問題的 期間通過修行儘可能的降低了槍體反射 此外 該噴口中還加了一個格柵 能防止雷達波直射葉片 進一步吸收槍體反射 值得注意的是 二元適量噴口在紅外隱身方面有着很大的優勢 可以說是全面優於圓形噴口 大家畫一個圓和長方形的就能看出 在相同面積下 長方形邊長更長 也就是說 同等尾焰體積 二元矩形噴口表面積更大 散熱更快 再加上F119發動機 能將中心高溫氣流和旁通氣流混合 大幅降低了巡航狀態下的噴氣紅外特徵 而尾噴管裏面還裝有液態彈槽 能短時間內降低噴口處的高溫噴流的溫度 以此讓F22在被紅外製導導彈追蹤時 有着遠超同類戰機的瞬間紅外隱身性能 根據美軍公佈的相關資料 F22在推力僅損失2%到3%的情況下 將尾噴管3到5中波波段的紅外輻射強度 降低了80%到90% 並且讓紅外輻射波瓣的寬度變窄 暫時在配合熱誘彈 能最大程度的削弱紅外導彈的攻擊能力 對此會有槓精直接說道 你說的我都不懂 但是F22的勝利係數沒超過2 好傢伙 這是根本不知道什麼是勝利係數吧 所謂的勝利係數其實是一個無量綱量 指物體所受到的勝利與氣流動壓和參考面積的乘積之比 也就是說 除了參考系數不變外 其他的都不是定值 會隨着迎角和速度變化 在達到最大失速迎角時最大 其實呢 就算F22的勝利係數沒達到2 但也並不代表了太多的問題 畢竟如果一款戰機是重視超音速優化 那麼最大勝利係數往往在低速下取得 其最大勝利係數確實是不如別的戰機 卻不能以此來判斷它機動性能不行 此外呢 外施量噴口還有一個能力 能在主翼失速的情況下提供操縱力矩 使戰機在做過失速機動過程中仍可以控 而此前蘇27的眼鏡蛇動作 被認爲是一種可預期的非控制機動 因爲它在迅速減速和改變機頭指向的過程中 並不能控制機頭俯仰 只能預期 因此很多人認爲沒用 而F22的這型機動則是全程可控的 機動期間能通過失量噴口控制俯仰 在真實空戰中做類似的失速動作時 F22不僅機頭指向改變的快 它還能控制其指向敵機 更具有實戰意義 另外 雖然在機動中很少需要戰機直接水平轉向 但如果真的有需要 F22能通過飛火推一體化非控條件 起到類似的效果 綜上所述 矩形相較於圓形噴口 在某些方面確實有着後者所不具備的優勢 美國之所以讓F22使用二元失量噴口 也是因爲有那個實力 畢竟二戰結束之後 在航空發動機領域 美國一直都是No.1 再加上當時設計F22時 追求極致的空優和隱身能力 因此二元失量噴口就成了最優選 好了 今天的視頻到這裏就結束了 如果視頻中有出錯的地方 歡迎各位在評論區內指正 喜歡的朋友請點贊關注 之後大兵會爲大家帶來更多更精彩的視頻 我們下期再見