[科普中国]-千呼万唤始出来，谈谈“矢量歼10”那些事儿

出品：科普中国

作者：李小白

策划：毕孝斌

监制：光明网科普事业部

今年的中国国际航空航天博览会(简称中国航展)是中国航展迄今规模最大的一次，此次航展亮相了大量的尖端武器装备，涵盖了海、陆、空、天各个作战领域。歼-20与运-20以“20时代”的主题震撼展出，“八一”与“红鹰”两支飞行表演队强强联手同台亮相。其中最引人注目的当属中航工业的歼-10B推力矢量试验机。

航展上进行眼镜蛇机动的歼-10B TVC(文章图片转载自网络，感谢原作者)

在航展的第一天上午，歼-10B推力矢量验证机(歼-10B TVC)首次公开亮相，此次表演十分惊艳，甚至被人们称作是“建国以来最具含金量的飞行表演”。表演内容主要为过失速机动飞行，展示了著名的“眼镜蛇”、“赫伯斯特”与“落叶飘”等一系列高难度机动动作，同时，装有国产矢量发动机喷口的歼-10B也标志着中国在推力矢量技术方面取得了重要进展。笔者在此将围绕歼-10B TVC展开对“眼镜蛇机动”与推力矢量技术相关内容的讨论。

眼镜蛇机动

眼镜蛇机动是世界著名的过失速机动动作，最早由前苏联苏-27战斗机做出。1989年6月，388号苏-27战机首次飞抵巴黎参加巴黎航展，飞行员普加乔夫在飞行表演的最后以“动态刹车”结束，震撼全场。该动作酷似眼镜蛇进攻时的动作，后来被人们称为“普加乔夫眼镜蛇机动”。在眼镜蛇机动中，机头上仰，形成短暂的机头在后、机尾在前，飞机速度骤减，紧接着飞行员操作飞机使飞机恢复到水平状态。

苏-27系列战机采用升力体布局，更具完成眼镜蛇机动的“天赋”

眼镜蛇机动可以使飞机瞬间完成减速制动，因此不少人认为眼镜蛇机动拥有较高的实战价值，能够在空中格斗中扭转局面，从被动一方转变为主动。也有人认为，现代空中是远距离、高速度下的能量型空战，眼镜蛇机动的速度较低，会使飞机处于低能量状态，容易丧失强劲的机动性能，容易陷入劣势。尽管人们对眼镜蛇机动的实战意义看法不一，但它却能够权威地说明飞机的机动性与可操控性能。歼-10B TVC能够轻松完成眼镜蛇机动等动作，足以证明其机动性与可操控性能达到了十分先进的水平。

推力矢量技术

推力矢量技术是通过改变发动机喷管方向使飞机获得各方向的操纵力矩的技术，推力矢量技术对航空材料、发动机推力以及飞行控制的要求非常高，目前仅有极少数国家能够掌握。推力矢量技术同样是航空器发展的一个方向，美国与俄罗斯的下一代战机都装备了矢量发动机。矢量发动机的喷口上下偏转，可以起到操纵面的作用，明显改善飞机的可操控性，从而大幅度提高飞机的机动性与敏捷性。同时，可以减少飞机尾翼或前翼的面积和偏转角度，可以减小飞机的飞行阻力，优化隐身性能。

矢量发动机的地面测试

目前，美国F-22战斗机与俄罗斯苏-35战斗机是最具代表性的推力矢量技术应用实例，其中F-22战机采用的是F-119发动机，配备二元矢量喷管，苏-35战机采用的是117S发动机，配备全向的轴对称矢量喷管。二元矢量喷管可以使机尾过渡平缓，减小机尾产生的飞行阻力，并可以降低机尾的红外特征。缺点则是喷管重量大，并且损失的推力较大。轴对称矢量喷管对技术要求较低，喷管可转动的范围较大，损失的推力也较小。矢量推力可以大幅度提高对飞机的控制，减小飞机的转弯半径，提高飞机在机动动作中的反应能力。

美国人曾对二元矢量喷管与轴对称矢量喷管进行了深入研究，最终决定采用综合性能更为出色的二元矢量喷管

歼-10B TVC使用的就是轴对称矢量发动机，具公开资料显示，中国对于矢量发动机技术的研发在很多年前就启动了。随着国产WS-10“太行”涡扇发动机的逐步稳定，国产推力矢量技术距离实用阶段更进了一步。相比俄罗斯的矢量发动机，国产矢量发动机的矢量喷口较短，在每片扩张调节片的末端都带有一片可以独立旋转的小型调节片，来减少推力的损失。另外，空军从俄罗斯进口了苏-35战斗机，通过对苏-35的研究，也可以积累矢量发动机的使用与研发经验。

苏-35战斗机的矢量发动机喷口

现代军用飞机的气动设计与飞行控制技术

推力矢量技术不仅仅是只有矢量发动机，而是建立在整款先进战斗机平台基础上的一整套复杂系统。只有良好的气动布局设计与先进的飞行控制技术，才能够有效发挥推力矢量技术的效能。现代战斗机设计愈发激进，多采用静不稳定设计，飞机具有天生不稳定的特征。静不稳定设计的好处是可以有效提升飞机的机动性与敏捷性，但技术门槛较高，需要采用现代化的电传操控系统实现。

随着电传操控系统的发展，越来越多的战机采用更加“活跃”的气动布局。例如无尾三角翼布局、鸭翼布局甚至飞翼布局，在机身局部设计上，出现了能够增升的边条等先进设计。而电传操控则是通过计算机操控飞机，在接收到飞行员的干预操控后对飞行数据进行精确计算，再对飞机进行灵敏的操控。震惊全场的歼-10B TVC并不只是依靠先进的矢量发动机和静不稳定的鸭翼布局，还离不开将发动机控制与气动舵面控制融合的飞行操控系统。

美国B-2隐身轰炸机采用技术难度极高的飞翼布局，需要尖端的气动布局设计与飞行控制系统

需要说明的是，电传操控系统的发展并非一日之寒。在美国、俄罗斯、欧洲的现代战斗机研发过程中，都出现过操控系统缺陷导致的相关事故，不论是哪个国家，飞行控制系统的发展都是靠科研、试飞人员默默奉献托起的。尤其是在试飞过程中，试飞员需要一次次摸索、挖掘飞机的飞行极限，通过无数次飞行来查漏电传操控系统的不足。只有对飞机在各种复杂气动条件下的性能具有清晰全面的掌握后，才能够根据飞机出现的反应对飞机进行精细的高效控制，获得惊人的机动性，在不同特征的飞行动作中自由变换，飞出令人振奋的飞行表演。

歼-10B TVC的矢量发动机是中国航空工业多年来积累发展的成果

从歼-10B TVC在航展中的惊艳亮相来看，国内不仅在推力矢量方面取得了可喜的成果，而是在现代尖端战斗机总体研发设计方面取得的成绩。通过歼-10系列、歼-11系列以及歼-20战斗机的研发使用，国内战斗机研发已经达到世界先进水平。在国产推力矢量技术达到实用标准后，将装备歼-20甚至新一代隐身舰载战斗机，强大的飞行操控系统与动力系统将会赋予战机世界一流的机动性与敏捷性，全方位提高飞机的作战性能。

未来换用矢量发动机后，歼-20的机动性将更上一层楼