矢量喷管技术简介
一种新型双喉道射流矢量喷管的工作特性研究
一种新型双喉道射流矢量喷管的工作特性研究作者：姬俊威吕增亮来源：《中国科技纵横》2014年第10期【摘要】推力矢量概念的引入使现代战斗机获益匪浅，增强了敏捷性和机动性，允许飞机作过失速机动，提升了在近距格斗中的战术优势，改善了所有飞行条件下的控制效率，减少了对水平和垂直尾翼的依赖，从而降低与之相关的阻力和雷达反射截面，进一步提高了超视距战斗能力，改进了短距起落能力等。
推力矢量技术被认为是第四代战斗机和先进无人作战飞机的必备技术。
【关键词】新型双喉道射流矢量喷管扩张段开缝1 引言由于射流矢量喷管的几何固定，以及在与后机身融合方面相对于机械方式有一定优越性，所以射流矢量喷管是现代技术发展的必然。
本文对一种新型双喉道射流矢量喷管进行了数值模拟研究，分析了此新型二元双喉道射流矢量喷管的流动结构及性能特征，继而探索了扩张开缝方案对其推力矢量性能的改善作用，获得了扩张开缝方案设计规律。
研究结果表明，新型喷管的扩张段能显著提高矢量角，但是却导致了一定的推力损失。
研究中所采用的扩张段开缝措施能显著改善推力的损失，且改善幅度随着开缝率的增加以及开缝数的增加而增加，研究还发现，离下游喉道近的缝对喷管的推力矢量性能正面影响较大；平均缝宽相等的情况下，缝宽等差减小时喷管的性能优于等缝宽，缝宽等差增大性能最差；开缝角为35度左右时喷管性能最佳；当开缝数减少，缝的位置前移时，喷管矢量角增大，而推力系数略有降低。
2 推力矢量的研究分析推力矢量的产生主要包括传统的机械方法和目前正处于研究的射流矢量法。
由于射流矢量喷管几何固定，结构简单，有利于减轻发动机重量和进行维修，并且在与后机身融合方面与机械方式相比有较大优越性，因此目前国内外都加大了对射流矢量喷管的研究投入。
根据应用射流产生推力矢量方式的不同，目前的射流推力矢量技术主要基于三种方法：激波矢量控制法、喉道偏斜方法、逆流方法。
其中比较热门的是NASA LaRC提出的基于“喉道偏斜法”理论的“双喉道射流矢量喷管”。
固定几何气动矢量喷管技术综述
固定几何气动矢量喷管技术综述贾东兵，周吉利，邓洪伟【摘要】摘要：推力矢量控制技术的喷管实施方案普遍存在着结构复杂、质量重和可靠性设计难度高等问题，而固定几何气动矢量喷管技术因具有不变的几何结构和巧妙的流体控制方式，有望得到结构简单、质量轻和高可靠性的矢量喷管。
综述了该技术的设计原理、特点以及国内外的技术现状和发展趋势，并认为先进推力矢量喷管技术的设计和应用应从深入研究主次流参数对喷管性能的影响、引气对发动机主机的影响、喉道调节范围的合理确定、应用技术研究和新型流体控制技术的开发等多角度进行固定几何气动矢量喷管的技术研究。
该技术具有较好的未来发展前景。
【期刊名称】航空发动机【年(卷),期】2012(038)006【总页数】6【关键词】流体控制；气动控制；矢量喷管；固定几何；航空发动机0 引言飞机推力矢量控制技术赋予了战斗机前所未有的机动性和敏捷性，大大提高了战术效能和生存能力，第4代先进战斗机必须配备推力矢量发动机已成为共识。
而推力矢量喷管是实现推力矢量控制的核心部件，推力矢量喷管的优劣已成为衡量发动机技术水平的重要标志[1-2]。
但是，以二元俯仰矢量喷管和轴对称矢量喷管为代表的传统机械式推力矢量喷管，其结构复杂，质量偏重，设计难度也很大。
为了突破传统技术的约束，相关研究机构吸收流体力学领域所取得的技术成果，提出了利用流体注入实现喷管调节和推力矢量的方法，即固定几何气动矢量喷管（fluidic control fixed geometry nozzle）。
本文着重阐述固定几何气动矢量喷管技术的设计方案以及在航空发动机上的应用。
1 固定几何气动矢量喷管技术及特点1.1 固定几何气动矢量喷管技术概念固定几何气动矢量喷管（如图1所示）包含2个技术标志，即“固定几何”和“气动”。
“固定几何”是指喷管结构是几何不变的，在这种类型喷管上没有任何形式的运动构件；“气动”实际上表达的是“气动调节”或者是“气动控制”的含义，意指该类型喷管的调节控制是用控制流的变化来实现。
矢量喷管技术简介
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矢量喷管技术简介
矢量喷管的分类
它是在常规轴 对称收—扩喷管的 基础上改进的，其 优点是为飞机提供 俯仰/偏航能力。 这种喷管的扩张段 可以在周向360度 范围内偏转17~20 °，特别适用于现 有的战斗机改装。
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矢量喷管技术简介
矢量喷管的分类
三、燃气舵—燃气流在外部转向形式
将一个或多个偏转舵面置入飞机尾部喷管外部的燃气流中， 从而产生俯仰/偏航和横滚矢量推力。仅在美国F/A—18大迎角 研究机（HARV）和美、德联合研究机X—31上研究机动性能， 由于控制等问题短期难以解决，未投入使用。
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引言
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矢量喷管技术简介
引言
抬前轮 推力矢量情况 速度/ （m/s) 时间/s 距离 /m 752 速度/ （m/s) 93.7 起飞离地 时间/s 距离/m
不 采 用 ， 无 前 88.5 翼 采用，无前翼 65.4
15.65
16.85
861
10.60
361
76.1
12.80
516
其中，推力矢量控制和测试技术难度最大
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矢量喷管的发展趋势
二元几何可调的矢量喷管由于控制简 二元几何可调 单，并能产生反推力，对于双发飞机较合 适，是目前矢量推进技术的一个重要应用 方向。但二元喷管的重量相对较大，有待 进一步改进。 扩散段可调的轴对称矢量喷管，虽然 扩散段可调的轴对称 不能产生反推力，但由于其结构非常简单， 具有重量轻、成本低、继承性好等优点， 必将成为现役飞机改装和现阶段单发飞机 产生矢量推力的主要技术手段。 未来——射流控制的矢量喷管，号称 重量轻、费用低、飞机/推进系统一体化 性能好、隐身效果好等许多优点。
f35矢量喷口原理
f35矢量喷口原理F35矢量喷口原理引言：F35是美国目前最先进的战斗机之一，其矢量喷口技术是该机型的重要特点之一。
矢量喷口是通过改变喷气发动机喷气方向的技术，可以使飞机在飞行中具备更灵活的机动性能。
本文将详细介绍F35矢量喷口的原理和工作原理。
一、矢量喷口的定义和作用矢量喷口是指通过改变喷气发动机喷气方向的装置，其主要作用是提高飞机的机动性能。
传统的固定喷口只能使飞机在一个特定的方向上产生推力，而矢量喷口可以使喷气发动机的喷气方向发生改变，从而改变飞机的推力方向。
这使得飞机可以更加灵活地进行机动，提高战斗力和生存能力。
二、F35矢量喷口的工作原理F35矢量喷口采用了二维向量控制技术，通过改变喷气发动机喷气方向的角度来实现飞机的矢量推力。
具体来说，F35的喷气发动机采用了一种称为三冲程涡扇发动机的设计。
该发动机在传统的涡扇发动机基础上增加了一个中冲程，通过控制不同冲程之间的喷气比例，可以改变喷气方向和推力大小。
三、F35矢量喷口的控制系统F35的矢量喷口控制系统是由飞行控制计算机和液压系统组成的。
飞行控制计算机负责接收飞行员的指令，并根据飞机的飞行状态和机动需求，计算出相应的矢量喷口控制指令。
液压系统则负责将计算机输出的指令传递给矢量喷口执行器，控制喷气发动机喷气方向的改变。
四、F35矢量喷口的机动性能F35矢量喷口的机动性能主要体现在以下几个方面：1.超视距机动：矢量喷口可以使飞机在超视距作战中更容易进行目标锁定和追踪，提高打击效能。
2.近距空战：矢量喷口可以使飞机具备更高的机动性能，在近距空战中更容易进行高G机动和躲避敌方导弹的攻击。
3.垂直起降：矢量喷口可以使飞机进行垂直起降，从而可以在狭小的场地上起降和操作，提高作战灵活性。
4.隐身性能：矢量喷口可以使飞机在执行隐身任务时更加灵活，降低被敌方雷达探测到的概率。
五、F35矢量喷口的发展趋势F35的矢量喷口技术已经取得了显著的进展，但仍有一些问题需要解决。
矢量喷管技术简介
采用，有前翼
65.4
10.60
361
76.1
12.50
494
某飞机采用和不采用推力矢量技术时的起飞滑行距离
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矢量喷管技术简介
引言
无推力矢量 状态 法向过载 1.21 1.49 2.52 角速度/(°)/s 1.14 2.08 4.44 有推力矢量 法向过载 1.49 1.84 3.13 角速度/(°)/s 2.71 3.59 6.32
高度0km, 高度0km, Ma=0.3 高度3km, 高度3km, Ma=0.4 高度5km, 高度5km, Ma=0.6
推力矢量对飞机爬升性能的影响
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矢量喷管的分类
矢量喷管的发展和分类
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矢量喷管的分类
一、收—扩喷管
从常规不加力涡喷发动机开始 就有固定收敛喷管，接着出现了 加力涡喷/涡扇发动机的收—扩喷 管，之后发展出全程可调收—扩 喷管。 60年代出现的“鹞”式飞 机的“飞马”发动机，喷管可转 向90°，用以产生垂直方向的推 力，做垂直起降战斗机的推进动 力。
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矢量喷管的发展和分类
四、球面收敛调节板推力矢 量喷管（SCFN）
普•惠公司发展了俯和反推 力多功能二元矢量球面收敛调节 板推力矢量喷管（如图3所示）， 现已完成初步研究和地面验证型 喷管的详细设计。 这种多功能矢量喷管除上述 优点外，还可以减小战斗机的尺 寸和重量，提高燃烧效率，从而 大大增加战斗机的作战有效性、 经济性和使用寿命。
其中，推力矢量控制和测试技术难度最大
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矢量喷管的发展趋势
二元几何可调的矢量喷管由于控制简 二元几何可调 单，并能产生反推力，对于双发飞机较合 适，是目前矢量推进技术的一个重要应用 方向。但二元喷管的重量相对较大，有待 进一步改进。 扩散段可调的轴对称矢量喷管，虽然 扩散段可调的轴对称 不能产生反推力，但由于其结构非常简单， 具有重量轻、成本低、继承性好等优点， 必将成为现役飞机改装和现阶段单发飞机 产生矢量推力的主要技术手段。 未来——射流控制的矢量喷管，号称 重量轻、费用低、飞机/推进系统一体化 性能好、隐身效果好等许多优点。
矢量推力喷管技术的发展研究
矢量推力喷管技术的发展研究摘要：本文简要介绍了矢量推力喷管技术的基本知识，介绍了国内外矢量推力喷管发展情况，分析了未来的发展趋势，说明了矢量推力喷管技术研究的重要性。
关键词：矢量推力喷管二元喷管发展1绪论飞机推力矢量控制技术赋予了战斗机前所未有的机动性和敏捷性，大大提高了作战效能和生存能力，而推力矢量喷管是实现推力矢量控制的核心部件，推力矢量喷管的优劣已成为衡量发动机技术水平的重要标志。
2 矢量推力技术简介2.1 矢量喷管定义及分类矢量喷管又称推力转向喷管，是一种可以改变排气方向的喷管，它除了能产生飞机前进的推力外，还能产生用于飞行控制的俯仰、偏航和横滚力矩的推力矢量，其有效矢量角一般不大于20°。
矢量喷管按功能可分为单轴矢量喷管和多轴矢量喷管。
单轴矢量喷管只能提供俯仰推力矢量，多轴矢量喷管可提供俯仰、偏航、横滚及反推力等两种以上的推力矢量；按横截面形状可分为轴对称矢量喷管和非轴对称矢量喷管；按气流偏转部位可费为内流偏转形式和外流偏转形式；还有一种从90年代开始研究的射流控制矢量喷管。
目前已进入工程研究阶段或投入使用的矢量喷管主要有四种技术方案，即二元收-扩矢量喷管、轴对称矢量喷管、球面收敛段矢量喷管和燃气舵。
2.1 矢量喷管应用优势矢量喷管的优势具体表现在:提高飞机的机动性和敏捷性,甚至过失速状态的机动能力，可迅速改变机头方向,对敌机进行射击,可作高速转弯,在空战中占据有利位置; 缩短起飞和着陆滑跑距离；减少飞机的气动舵面,减小尾翼,甚至成为无尾飞机,从而减少阻力,减轻重量;减少红外辐射,增加隐身能力;增加了短距起落能力;提高了生存能力和战斗能力。
3 矢量推力技术的发展3.1 美国推力矢量喷管的发展3. 1.1 P&W公司轴对称推力矢量喷管的发展P&W公司的轴对称矢量喷管为俯仰/偏航平衡梁喷管(P/Y BBN),是从F100发动机的喷管改进而来的。
它保持了平衡梁的优点,因而是一个能提供最佳外形和性能的重量轻的收敛扩散喷管。
气动矢量喷管二次流对发动机性能的影响
气动矢量喷管二次流对发动机性能的影响摘要：本文旨在研究气动矢量喷管对发动机性能的影响。
通过引入相关流体力学理论和气动学知识，本文将探讨气动矢量喷管的工作原理，以及其对发动机性能的影响。
本文的主要目的是确定气动矢量喷管如何影响发动机的性能，以及如何影响其热性能。
关键词：气动矢量喷管，发动机性能，流体力学，气动学，热性能正文：气动矢量喷管是一种新型的可变特性喷射系统，它是近几十年来内燃机发动机设计的一种新技术。
这种新技术可以有效提高发动机性能和燃烧效率，而且还可以改善热性能。
因此，本文将研究通过气动矢量喷射系统如何影响发动机的性能、噪声排放和热性能。
首先，我们将介绍气动矢量喷射系统的构成部分、工作原理及其生产厂家。
然后，本文将深入探讨气动矢量喷射系统对发动机性能和热性能的影响。
最后，本文将给出一些建议，以指导未来的研究。
就应用而言，气动矢量喷管具有广泛的用途，其中包括飞机和太空船的发动机、汽车和其他内燃机驱动装置。
它可以用来改善发动机性能，减少油门响应时间，节约燃油，改善发动机加速，延长发动机的使用寿命，降低噪声和排放物，并最大限度地减少污染物的排放。
此外，气动矢量喷管还可用于农业拖拉机，渔业艇，救援车辆，抗灾设备等机械的推进和改善发动机性能。
目前，气动矢量喷管已经被广泛用于提高汽车发动机动力、提升燃料经济性和最大限度减少噪声和排放物。
在电力领域，气动矢量喷管可用于改进柴油机或气体发动机的性能，延长发动机使用寿命，并降低柴油机或气体发动机的排放物。
此外，气动矢量喷管也被广泛用于铝液发动机，以提供更好的推进力和消耗量。
总之，气动矢量喷管可以有效改善内燃机的动力和燃烧性能，降低排放物，延长发动机使用寿命，节省燃料和减少噪声。
因此，它可以作为各种内燃机驱动装置的理想选择，以改善发动机的性能和热性能。
出于环保的考虑，气动矢量喷管在发动机性能方面的优势是显而易见的。
气动矢量喷管的使用可以减少排放物的产生，从而最大限度地减少对环境的污染。
变着花样飞——探索推力矢量喷管
文、图 / 程峰要推力足够大，别说砖头能轻易飞上天，就连重达几十吨的火箭也可以飞到太空中。
在火箭发射时，我们仔细观察火箭发动机的喷管，就会发现喷管会出现轻微的摆动现象。
这个过程其实是火箭发动机通过喷管来调整战斗机的发动机有时也会采用这种能调节喷管方向的技术，称为“推它的发动机喷管非常特殊，由上下两片收敛片组成，通过控制两片收敛片，年的珠海战斗机进行了飞行表演，凭借独特的推力-10B使用的国产发动机所采用的推力矢量技术是我国特有的一种现代喷气式发动机尾部的喷管由一圈收敛片组成，通过控制收敛片的扩张与收缩，可以改变发动机喷管的直径，从◎◎F-22的发动机喷管◎◎歼-10B的发动机喷管和带转向功能的收敛片20知道了推力矢量技术能帮助飞机进行机动飞行，那么这一期我们用纸飞机来进行一次类似准备一张A5的白纸，也可以将后面的图纸打印或者复印出21沿虚线向右折。
沿虚线将像“>”部分向左折，压住刚刚折的两个角。
沿虚线向下折。
折过来的边还是和底边齐平，另一侧对称折。
沿收敛片根部向里折。
沿虚线将一个角往中间折。
黄色部分是飞机的天线，插入前面用美工刀划开的口子。
折过来的边和底边齐平，另一侧对称折。
折好后再压一下。
正反各折一次。
折过来的角对准中心线。
另一侧对称折。
将纸翻过来，对折。
沿虚线向下折。
再次打开，沿红色双实线修剪发动机喷管收敛片。
折好后复位。
22向上调整上收敛片，保持向上飞行。
的敛片微微往上调，再次将部朝上的姿态飞了出去。
方向的调整看来还是比较容易的。
时的纸飞机大不相同。
常规机翼的纸飞机，机翼两端的副翼可以给向左调整侧收敛片，向左飞行。
将上收敛片调整为一上一下，进行旋转飞行。
调整侧收敛片，平稳巡航。
23X-17 纸飞机立体结构图机炮进气口驾驶舱天线收敛片航行灯发动机喷管本纸飞机图纸经作者授权供《百科探秘》杂志使用，未经作者授权严禁用于其他商业用途。
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矢量喷管技术简介
关键词：矢量喷管；关键技术；分类；发展趋势
一、引言
随着燃气涡轮发动机的发展，矢量喷管得到了较多的应用。
除了为飞机提供前进的推力外，还要在战斗机俯仰、偏航、横滚和需要反推力时提供内部推进力，以取代飞机舵面产生的外部气动力实现飞机控制，进而提高飞机的机动性能，这是21世纪战斗机发展的新动向，也是一种机遇和挑战。
具有矢量推进的飞机，一般具有短距/垂直起落和超敏捷的性能，因而矢量推进已成为新一代先进战斗机的基本要求和标准技术。
下面列两组数据，让大家直观了解：
某飞机采用和不采用推力矢量技术时的起飞滑行距离
推力矢量对飞机爬升性能的影响
相信数据已经让大家折服了，下面具体介绍。
二、矢量喷管的分类
(一)收—扩喷管
从常规不加力涡喷发动机开始就有固定收敛喷管，接着出现了加力涡喷/涡扇发动机的收—扩喷管，之后发展出全程可调收—扩喷管。
60年代出现的
“鹞”式飞机的“飞马”
发动机，喷管可转向90°，用以产生垂直方向的推力，做垂直起降战斗机的推进动力，甚至可以后退飞行。
但是在当时的技术条件下，发动机的推重比较小，主动控制技术发展比较落后。
因此，具有垂直起降能力的飞机往往存在飞机有效载荷低，作战半径小，不能进行超声速飞行和飞行员操纵复杂等缺点。
(二)二元和轴对称矢量喷管
有通过偏转鳞片改变气流方向的二元矢量喷管（如图 1 所示）和在常规收—扩喷管的基础上研究的轴对称俯仰/偏航矢量喷管（如图2所示）。
二元矢量喷管，是利用安装在发动机末端的上下
两个板形构件的上下偏转，实现改变排气气流的方向
的。
该技术已在F—22/F119上采用。
采用该技术后，
不仅发动机的格斗性能大大提升，而且还具有良好的
隐身性能。
同时，由于后部的外廓尺寸扁平，大大降低了后机身阻力，从而使F —22/F119具有极好的过失速超机动性，超声速巡航能力和短距起降能力。
并且是目前，唯一的一种实现超声速巡航的歼击机。
归纳下，有点有：（1）改善大
迎角和低动压条件下战斗机的机动性和操纵性。
（2）大角度俯冲时，可提高武器投射精度，飞行中可利用反推力提高飞机的纵向灵活性。
（3）双座战斗机采用二元喷管后，与机体尾部匹
配较好，可降低亚声速和跨
声速的巡航阻力。
（4）可
降低红外信号和雷达信号
强度，提高隐身能力。
（5）
缩短起飞和着陆距离。
缺点
是结构笨重，在单发情况
下，只能提供俯仰力矩而不
能提供偏航力矩。
鉴于以上缺点，美国GE
公司早在20世纪80年代
末，开始研究轴对称式的可做360°转动的推力矢量喷管——轴对称矢量喷管。
轴对称矢量喷管的主要特点是完全保留了轴对称收扩式喷管的良好气动性能，只在结构上扩展了扩张段的功能，使之既产生超声速气流，又能按飞行所需
偏转气流方向，该方案的主要优势在于：飞机不需要做较大的改装即可实施矢量推进;新旧飞机都可安装，可最大限度的减少飞机的风险，很容易在现役飞机上作出技术的验证；气流偏转是在扩张段内实现的，气动载荷比较小；因偏转是在A9出口截面实现的，相对飞机的安装质心最远，新增力矩最大，矢量效果明显。
该排气喷管的矢量偏转主要由A9转向控制环操纵。
由于A9是单独控制的，因此容易得到最佳的超声部分的膨胀比，这可以充分利用现代机械式喷管潜在的能力，并且对于飞机的隐身和超声速巡航非常有益。
(三)燃气舵—燃气流在外部转向形式
将一个或多个偏转舵面置入飞机尾部喷管外部的燃气流中，从而产生俯仰/偏航和横滚矢量推力。
仅在美国F/A—18大迎角研究机（HARV）和美、德联合研
究机X—31上研究机动性能，由于控制等问题短期难以解决，未投入使用。
(四)球面收敛调节板推力矢量
喷管（SCFN）
普·惠公司发展了俯和反推力多功
能二元矢量球面收敛调节板推力矢量
喷管（如图3所示），现已完成初步研
究和地面验证型喷管的详细设计。
这种多功能矢量喷管除上述优点
外，还可以减小战斗机的尺寸和重量，
提高燃烧效率，从而大大增加战斗机的
作战有效性、经济性和使用寿命。
三、矢量喷管的关键技术
（1）常规轴对称收—扩喷管设计使用技术
（2）运用计算流体力学进行矢量喷管的内流气动计算
（3）矢量喷管结构、强度、刚度和寿命的设计计算问题
（4）冷却系统设计和高温封严技术
（5）矢量推力控制技术和作动系统
（6）耐高温、轻重量喷管结构材料——陶瓷、碳—碳复合材料
（7）红外抑制方法和红外辐射场的研究
（8）矢量喷管地面和飞行试验与测试技术
其中，推力矢量控制盒测试技术难度最大
四、矢量喷管的发展趋势
二元几何可调的矢量喷管由于控制简单，并能产生反推力，对于双发飞机较合适，是目前矢量推进技术的一个重要应用方向。
但二元喷管的重量相对较大，有待进一步改进。
扩散段可调的轴对称矢量喷管，虽然不能产生反推力，但由于其结构非常简单，具有重量轻、成本低、继承性好等优点，必将成为现役飞机改装和现阶段单发飞机产生矢量推力的主要技术手段。
未来——射流控制的矢量喷管，号称重量轻、费用低、飞机/推进系统一体化性能好、隐身效果好等许多优点。