文|空军之翼
日前，安装矢量尾喷管的歼-10原型机成功首飞，标志着我国航空工业在矢量尾喷管和太行增推改型的研制上已取得重大突破。这套动力系统将能大幅增强歼-10战斗机的机动性能，尤其是过失速机动性。
纵观战斗机发展史，世界各国先后已经研究出多种矢量尾喷管，但投入服役的却寥寥无几。矢量尾喷管的设计原理虽然简单，但对制造材料和飞控控制律的要求却很高，研制长寿命、高可靠性、轻重量的矢量尾喷管并不容易。
下面就来盘点一下形形色色的矢量尾喷管。
矩形二元矢量喷管
在20世纪80年代末的F-15 STOL/MTD（短距起降/高机动性验证）项目的第二阶段，一架F-15B的标准圆形收敛-扩散尾喷管被矩形二元推力矢量/反推喷管取代。该喷管由普惠使用化学铣削、焊接蜂窝构件制造。喷管具有上下偏转片，用于调节喷口截面积或使喷流上下偏转各20度，并在喷管上下各有一组反推叶片。
1989年5月16日F-15 STOL/MTD验证机进行了安装推力矢量喷管后的首飞。试飞表明推力矢量喷管能使起飞滑跑距离降低25%，反推系统则可让F-15降落在500米长的跑道上，在飞行中也可能用反推系统进行快速减速，这在近距离空战中非常实用。在试飞期间F-15 STOL/MTD进行了多次推力矢量起飞，抬前轮速度低至67.6千米/时，最短的降落距离低至416米，而标准F-15的降落距离为2286千米。
普惠随后根据F-15矩形二元矢量喷管的研制经验，为YF-22/F-22研制出了实用化的矩形二元矢量喷管。在全权限数字发动机控制系统的控制下，F-22的收敛-扩散喷管可以向上或向下偏转达20度。尾喷管不仅提高了F-22的敏捷性，还降低了飞机喷气系统的雷达和红外特征。
铁幕另一边的苏联也没有闲着。
1989年，留里卡-土星科研生产联合体和苏霍伊设计局把苏-27UB“侧卫-C”战斗教练机“蓝色08号”改装成推力矢量技术测试平台。该机在改装了左侧发动机舱后，装上了尾部呈楔形的矩形二元矢量喷管，被称为LL-UV（PS），即俄语“推力矢量技术测试机（偏平喷管）”的缩写。与F-15S/MTD不同的是，LL-UV（PS）的右发保留了标准轴对称喷管。LL-UV（PS）的试飞肯定了矢量喷管的价值，对飞机敏捷性的改善符合预期。
推力矢量偏流板
1987年美国NASA启动了F-18 HARV（大迎角研究机）研究项目，给F-18 840号研究机尾部安装了推力矢量偏流板，每台发动机安装了一组3片勺形扰流板。在大迎角常规控制翼面失去作用时，推力矢量装置还可以可提供俯仰和偏航力矩。为了缩短扰流板所承受的力矩，NASA去掉了840号机的尾喷管，使该机无法进行超音速飞行，但对亚音速性能没有任何影响。飞控计算机也经过修改以兼容矢量扰流板。
凭借矢量推力，F-18 HARV达到70度的最大稳定飞行迎角（普通“大黄蜂”的最大迎角为55度）。大迎角滚转最大迎角达到65度（普通“大黄蜂”为40度）。
在同时期美德合作的X-31研究机项目中，矢量偏流板再次现身。该机在通用电气F404-GE-400涡扇发动机尾喷口处安装了三片推力偏流板，可作正负10度的偏转，并能长时间承受最高1500度高温。X-31用来验证推力矢量技术结合先进飞控系统的可行性，用推力矢量技术和鸭翼来实现常规飞机无法完成的大迎角机动。
这种矢量偏流板只是矢量喷管成熟之前的过渡设计，其设计过于简陋，偏流板之间漏气严重，矢量推力效果欠佳，属于早被淘汰的技术，没想又在日本三菱ATD-X验证机上复活了，浓浓的复古味道扑面而来。
轴对称二元矢量喷管
所谓轴对称喷管也就是传统的圆形喷管，这种外形的矢量喷管分为两类，一种是只能上下偏转的二元喷管（以俄罗斯“侧卫”系列战斗机为代表），另一种是可做全向偏转的三元喷管。
二元尾喷管只能上下偏转，是俄罗斯留里卡-土星科研生产联合体的独创，通过在普通尾喷管前端增加一个俯仰转轴就实现了矢量偏转。这种喷管虽然结构简单，但比较笨重。轴对称二元矢量喷管首先出现在苏-27M 711号原型机（苏-37）的AL-37FU发动机上，这种发动机是AL-31F的改型，具有新的风扇、新的压气机和推力矢量喷管，可上下偏转各15度。
苏-27M被取消后，该机的尖端技术被应用在了印度的苏-30MKI（如相控阵雷达和三翼面气动布局）上，其中也包括推力矢量系统。苏-30MKI的AL-31FP涡扇发动机配备了二元矢量喷管，可上下偏转各15度。喷管的水平轴线向内偏转32度，使喷管可以在一个V形相交平面内偏转，这个设计使宽间距喷管在推力矢量和差动操作中能同时提供纵向和横向控制，喷管既可以与平尾同步偏转也可以独立偏转。
最终，轴对称二元矢量喷管被苏-35的产品117S发动机和苏-57的产品117发动机/产品30发动机所继承，沿用着相同的结构和设计。产品30发动机的尾喷管具有锯齿隐身设计，尾喷管鱼鳞片末端具有锯齿边缘，也就是人字形尖端。这些锯齿不仅降低了喷管的雷达特征（避免出现直边），还有助于在尖端产生旋涡，这些旋涡能促使灼热喷气流与较冷的环境空气更快混合，可减小喷气羽流和飞机的红外特征。今年12月5日，产品30发动机终于装上苏-57战斗机开始试飞。
轴对称三元矢量喷管
在1993年开始的F-16MATV（多轴推力矢量）研究项目中，通用动力公司为NF-16D测试机的F110-GE-100发动机更换了轴对称矢量喷管（AVEN）。AVEN通过喷管的偏流部分使超音速喷流改变方向来实现推力矢量，与推力矢量偏流板相比，这样可以避免压力波动传导入发动机内部导致压气机失速。尾喷管偏流片成环形排列成一圈，通过以120度间隔布置的3个液压动作器控制偏转，动作器拥有独立的动力单元。
喷管可向任何角度偏转17度，产生的轴向和侧向推力通过喷管传导到发动机。AVEN的优势是可安装在任何具有F110发动机和数字飞控的F-16上。尾喷管的3个动作器受控于矢量电子控制（VEC）单元，该单元改进自F110-GE-129的全权限数字发动机控制系统。
NF-16D还准备安装测试普惠的俯仰/偏航平衡梁式喷管（P/YBBN）轴对称矢量喷管，这种该喷管适用于F100-PW-229发动机，具有全向推力矢量功能，最大偏转角20度，但后来取消。1996年，P/YBBN喷管装上F-15 STOL/MTD验证机进行了推力矢量试飞，探索超音速条件下矢量推力的应用以及使用矢量推力取代垂尾的可能性。
20世纪90年代初，俄罗斯也开始研究轴对称喷管。克里莫夫设计局在21世纪初推出了RD-33OVT发动机，配备的轴对称三元矢量喷管具有结构简单、重量轻和容易操作的优点。尾喷管通过间隔120度的3个液压作动器来偏转，偏转速率30度/秒，能够全向偏转18度。米格-29OVT的试飞员表示该机的“眼镜蛇机动能达到150度迎角，也就是此时我实际是躺在座椅上，而且我能以这个姿势持续一段时间，然后轻松改出。”
莫斯科礼炮航空发动机联合体也在同期为AL-31FM1发动机研制出了轴对称三元矢量喷管，并在2003年安装在苏霍伊设计局的苏-27LL验证机上进行了测试。这种尾喷管的目标客户据说是中国，曾多次安装在AL-31FN发动机模型上来华展示。要知道当时俄罗斯空军还未装备任何推力矢量“侧卫”战斗机，后来装备的苏-35和苏-30SM也全部使用轴对称二元矢量喷管。由于我国当时已经在为歼-10研制自主技术的轴对称三元矢量喷管，礼炮的如意算盘最后落空。
俄方对这种推力矢量喷管的信息公布不多，推测结构应该和米格-29OVT的差不多。今年10月28日，莫斯科市长谢尔盖·苏比雅宁视察莫斯科礼炮航空发动机联合体时，新闻照片显示了这种尾喷管最新的锯齿隐身改型，装机对象不明（也许是歼-20？看来又要落空了）。
欧洲发动机公司为EJ200研制了轴对称三元矢量喷管，和普惠的P/YBBN尾喷管一样是通过驱动一个同步环来同时实现收敛-扩散和偏转动作。但由于“台风”战斗机的客户都没有上矢量的需求，所以这种发动机的研制目前处于停滞状态。
我国轴对称三元矢量喷管研究起步较早，虽然官方没有公布确切时间，但公开资料显示是在21世纪初。早在2003年12月15日，工程院院士、航空动力工程专家刘大响教授就在央视《百家讲坛》栏目《飞翔的动力》中证实我国606、624所自行研制的轴对称矢量喷管已经进行台架测试，运转得非常成功，而且比国外同类产品更加灵活。如今歼-10D原型机的首飞说明我国在矢量喷管上的研究已经实用化，而且是先进的轴对称三元矢量喷管，付出的重量代价要比俄系轴对称二元矢量喷管要小。
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