本屆珠海航展，換裝矢量噴管的殲10B絕對是最引人注目的。

《航空知識》2018年5月刊專門刊登了相關報道，深度解析我國矢量發動機技術，特在此時于微信上與讀者共享。

不僅是發動機革新

盡管國內航空發動機矢量噴管技術（下文簡稱TVC）很早就有概念模型和工程樣機資料出現，但正由于這些設計出現得太早，近年來并沒有太多新資料能佐證國產TVC 發展到了哪一步。

直到去年12 月25 日，一臺裝有全向軸對稱矢量噴管的“太行”改進型渦扇發動機，隨殲10B 的1034 號原型機進行了首次飛行試驗。

終于有人歡呼，我們的太行，真的行了！

提到“太行”的成熟過程，大家想到的更多是殲11 系列飛機。但作為“太行”的“原配”，殲10 系列飛機同樣長期參與了“太行”系列的測試。只是由于“太行”沒有大量出現在裝備殲10 的作戰部隊里，使得這一點往往被人忽視。比如殲10 的1004 號原型機、殲10B 的1035 號原型機和幾架量產型飛機，就分別測試了“太行”的3 種不同子型號。

因此這臺“太行”家族中最新亮相的成員，出現在1034 號殲10B 原型機上也并不奇怪。而且使用機腹進氣的單發鴨式布局平臺驗證TVC 技術，也很容易讓人想到美國的X-31 驗證機。

其實，改裝后的1034 號殲10B在定位上更接近后來的F-16/MATV。其加長空速管、尾旋改出傘支架（首飛由于不涉及相關科目，故未安裝傘體）等諸多特征也和F-16/MATV 類似。畢竟X-31是全新設計的驗證機，很多地方完全可以白紙新畫，而殲10 和F-16 就沒這個條件了。不過由于中國航空工業還沒有“驗證機文化”，所以1034 號殲10B 只好又當X-31 又當F-16/MATV 了。

 

國產TVC 能力幾何？

作為一款典型的三元TVC 產品，這款最新亮相的國產TVC，并非“山寨”剛剛引進一年的蘇-35 所用117S 發動機的俯仰式軸對稱TVC 技術，而是在典型的全向軸對稱矢量噴管（AVEN）結構的基礎上“百尺竿頭、更進一步”。

劉屹/繪

從外部看，國產TVC 的活動部分，從前到后可分為轉向控制環和擴張調節片兩大塊。但每片擴張調節片末端都帶有一片可以獨立旋轉的外調節片，是該型噴管不同于世界上其他TVC 工程作品的最明顯特征。

光看外形，這種設計難免給人一種復雜笨重感。殲10 并不是一款以推重比見長的飛機，“太行”的推力在世界同等級大推力渦扇發動機中也并不突出。很多人因此擔憂，TVC 的那個老生常談的問題——推力損失，是否會進一步影響這架驗證機的測試效果。

TVC 推力損失的主要原因很好理解，由于TVC 在工作時會在噴管內部形成彎折，導致從燃燒室噴射出來的部分高溫高壓燃氣受阻，速度降低；而后面保持原來速度的燃氣在與這部分燃氣碰撞后，就形成了流場阻塞。發動機噴出燃氣的高壓和高溫兩大屬性，對產生推力都貢獻很大，而高壓就有不少在這兒白白損失了，而且壓力損失的比例還會隨著排氣速度的增加而增加。

劉屹/繪

既然要用TVC 的長處，就得接受TVC 的不足。TVC 的工作原理決定了這種損失不可能徹底消除，只能盡可能降低，這就得從影響推力損失量級的具體因素入手。通俗的說，主要看的是彎曲區段有多長，以及噴管彎曲的程度有多大這兩點。

前者好解釋，彎曲區段越短，“追尾”區域就越小，形成的流場阻塞影響就越低。所以國產TVC 的彎曲區段，位于整個轉向控制環部分已經短到很容易被忽視的地步，確實夠短。那么噴管彎曲程度又該如何優化呢？

對于AL-31FP 這類俯仰式軸對稱TVC 設計來說，彎曲程度只由轉向控制環決定，而對于AVEN 這類全向軸對稱TVC 來說，擴張調節片的決定權也是很重要的，而在國產TVC 上，那個獨立旋轉的外調節片這時候也能派上用場。

加上外調節片之后，國產TVC 形成了雙重鉸接，與“鷂”這類垂直/ 短距起降飛機發動機的三重鉸接懸掛裝置噴管在工程上有某些互通之處。后者為了降低噴管通道內的推力損失，利用較長的空間設計了多重轉動過渡區段，使得氣流盡可能完成平滑轉向，以在噴口提供一個穩定的推力——這對垂直起降飛機至關重要。

盡管國產TVC 長度只有這種噴管的幾分之一，但通過對轉動過渡區段內外部更加精細巧妙的設計（包括使內部的收斂密封片、擴張密封片在轉動中不漏氣少漏氣），同樣能使得氣流在噴管內部的運動實現平穩過渡。也就是說在獲得同等推力矢量轉動角度的情況下，這種設計能比其他TVC 帶來更高的推力系數。

根據相關資料，這種設計理論上可以保證推力損失不大于理想推力的1%~2%，是目前世界上所有TVC 工程樣本中效率最高的。盡管復雜的設計也要付出相應的重量和阻力代價，但考慮型號研制的具體情況，能把減重減阻的壓力分攤到飛機總體設計上，也總比讓發動機“把所有問題都自己扛”好些。

 

重塑飛行方式

從TVC 技術誕生的那天起，爭議總是存在的，特別是被一些觀點視為比F-22還要領先半代的F-35 也沒有應用該技術時，我們為此耗費的時間與成本是否值得呢？筆者這里想引用著名空軍學者、國際試飛員徐勇凌先生文章中的描述，“在傳統飛機設計中，動力系統只是為克服飛行阻力提供了推力……而對升力和飛機姿態改變的貢獻微乎其微，也就是說與飛機的操控和機動飛行關系不大”。

改變傳統的TVC 技術，對戰機飛行性能以及作戰能力的提升是全面的，并不僅僅是在近距離對決中才能發揮作用。“從某種意義上講，‘動力飛行’時代相對于空氣動力飛行時代的超越，其重要性遠遠大于三代戰機對二代戰機的技術突破”。