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矢量喷管为何必然会损失能量?歼-10B TVC损失约2%已属世界顶级

时间:2018-11-24 21:29来源:007防务 作者:中国航空

 

俄罗斯苏-35等战斗机上的传统轴对称二元喷管, 不能全向矢推, 而是落后的整体关节式喷口, 仅限俯仰轴运动,也就是上下偏转。当今矢量喷管水平最高的是美国, 无论二元/三元矢推都已成熟, 而中国拥有后发势,水平已经看齐美帝,欧洲虽然也为台风战斗机的发动机研制出了配套的轴对称三元矢量喷管,但英国、德国等都未采用,处于搁置状态。大国中只有俄罗斯还在大量应用落后的俯仰轴关节式喷管整体旋转思路, 先进的都是偏流部分在偏转, 喷管本身并不需要旋转。

矢量喷管为何必然会损失能量?歼-10B TVC损失约2%已属世界顶级

俄轴对称二元矢量喷管看着都沉甸甸

我国歼-10B TVC的活动部分,从里到外可分为中介控制环和扩张调节段两大块,通过观察应该采用了三个液压作动筒,分别链接于控制环后部,以120度间隔布置,三个液压作动器拥有独立的动力系统,这3个动作器受控于矢量电子控制系统,属于数字飞控的一部分。

每个作动筒上有一个伸缩杆,作动筒控制调节环前进和后退,从而改变尾喷口的大小、也即改变了推力的大小。调节环下面分布有带铰链扭杆,如需下偏,作动筒就向机尾方向推、下部扭杆往机头方向拉。通过作动筒和带铰链拉杆的相互配合作用,共同完成全向矢量偏转。

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俄罗斯苏-35喷管的偏转段

对于矢量喷管的活动部分来说,其弯曲度越小、长度越短则能量损失越小,为何矢量喷管会损失能量,就不能彻底避免吗?

其实从燃烧室内喷出的热气流本来是直奔喷口而去的,突然遇到正在偏转打弯的后部活动部分,于是就“撞墙”了,你的偏转部分长度越大,两者对冲的长度和面积就越大,则能量损失越大,所以后部的活动部分越短则能量损失越小。

前面撞墙的热气被阻挡,速度减慢下来,后面过来的热气继续来搅乱,尾喷管内就成了乱流场了,这样就造成了气流阻塞效应,而喷气发动机的推力就来自于高压和高温,搅合在一块的热气速度慢了,压力降低了,还耽误了气流第一时间高速冲出的时间,同样又造成了温度的下降,这就是矢量喷管能量损失的基本原理。这种情况是无可避免的,要用其长就必须接受其短,唯一能做的就是尽量减少能量损失。

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歼10B矢量版后部小调节片稍稍偏转

减少能量损失主要从两方面入手,一个是优化通道的形状减少喷管弯曲程度,尽量让气流走直线,二个就是尽可能缩短弯曲段的长度。以此来观察歼-10B TVC,其整个控制环部分已短到不能再短,且歼-10B TVC最独特的设计之处在于,其后部每个整流片的末端都带有一片可独立旋转的小型调节片,在珠海飞眼镜蛇的时候,只是这最后面的小调节片稍稍偏转,弯曲距离小到微乎其微,非常高效和轻灵,能量损失在全球的现有产品中可说是最小了。

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