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扒一扒国产TVC能力几何？| 送歼10B飞行员李...

航空知识

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2019-08-05 18:19

北京

来源：澎湃新闻·澎湃号·媒体

本文原标题：《扒一扒国产TVC能力几何？| 送歼10B飞行员李吉宽原版签名照！》

原创：航空知识

安装有国产TVC发动机的歼10B成功首飞

歼10战斗机，绰号“猛龙”，是中国成都飞机工业集团生产的第四代、单发、全天候战斗机，分为基本型的歼10A、双座型的歼10S、改进型的歼10B/C以及加装推力矢量喷口的试验型歼10BTVC。歼10采用了鸭式气动布局，常规飞机会在主翼后面设置一对水平尾翼，鸭式布局则将这对尾翼移到了主翼前面。鸭式布局的优点是让飞机更为灵活，但缺点是飞机的稳定性差，因此一直以来设计师都不愿采用这一气动布局。直到线传操纵系统成熟之后，稳定性问题得以解决，鸭式布局被越来越多的使用。

国产TVC能力几何？

作为一款典型的三元TVC产品，这款国产TVC，并非“山寨”刚刚引进一年的苏-35所用117S发动机的俯仰式轴对称TVC技术，而是在典型的全向轴对称矢量喷管（AVEN）结构的基础上“百尺竿头、更进一步”。从外部看，国产TVC的活动部分，从前到后可分为转向控制环和扩张调节片两大块。但每片扩张调节片末端都带有一片可以独立旋转的外调节片，是该型喷管不同于世界上其他TVC工程作品的最明显特征。

光看外形，这种设计难免给人一种复杂笨重感。歼10并不是一款以推重比见长的飞机，“太行”的推力在世界同等级大推力涡扇发动机中也并不突出。很多人因此担忧，TVC的那个老生常谈的问题——推力损失，是否会进一步影响这架验证机的测试效果。

陈肖/摄

TVC推力损失的来源很好理解，由于TVC在工作时会在喷管内部形成弯折，导致从燃烧室喷射出来的部分高温高压燃气受阻，速度降低；而后面保持原来速度的燃气在与这部分燃气碰撞后，就形成了流场阻塞。发动机喷出燃气的高压和高温两大属性，对产生推力都贡献很大，而高压就有不少在这儿白白损失了，而且压力损失的比例还会随着排气速度的增加而增加。这就是TVC推力损失的主要来源。

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既然要用TVC的长处，就得接受TVC的不足。TVC的工作原理决定了这种损失不可能彻底消除，只能尽可能降低，这就得从影响推力损失量级的具体因素入手。通俗的说，主要看的是弯曲区段有多长，以及喷管弯曲的程度有多大这两点。前者好解释，弯曲区段越短，“追尾”区域就越小，形成的流场阻塞影响就越低。所以国产TVC的弯曲区段，位于整个转向控制环部分已经短到很容易被忽视的地步，确实够短。那么喷管弯曲程度又该如何优化呢？

对于AL-31FP这类俯仰式轴对称TVC设计来说，弯曲程度只由转向控制环决定，而对于AVEN这类全向轴对称TVC来说，扩张调节片的决定权也是很重要的，而在国产TVC上，那个独立旋转的外调节片这时候也能派上用场。

加上外调节片之后，国产TVC形成了双重铰接，与“鹞”这类垂直/短距起降飞机发动机的三重铰接悬挂装置喷管在工程上有某些互通之处。后者为了降低喷管通道内的推力损失，利用较长的空间设计了多重转动过渡区段，使得气流尽可能完成平滑转向，以在喷口提供一个稳定的推力——这对垂直起降飞机至关重要。

国产TVC发动机结构图。上为正向推力状态，下为矢量状态，每片扩张调节片末端都带有一片可以独立旋转的外调节片，以减少推力损失。刘屹/绘

尽管国产TVC长度只有这种喷管的几分之一，但通过对转动过渡区段内外部更加精细巧妙的设计（包括使内部的收敛密封片、扩张密封片在转动中不漏气少漏气），同样能使得气流在喷管内部的运动实现平稳过渡。也就是说在获得同等推力矢量转动角度的情况下，这种设计能比其他TVC带来更高的推力系数。

根据相关资料，这种设计理论上可以保证推力损失不大于理想推力的1%~2%，是目前世界上所有TVC工程样本中效率最高的。尽管复杂的设计也要付出相应的重量和阻力代价，但考虑型号研制的具体情况，能把减重减阻的压力分摊到飞机总体设计上，也总比让发动机“把所有问题都自己扛”好些。

具体到这架歼10B验证机上，可以通过拆掉与TVC综合试验无关的部分机载设备的手段，尽可能优化重量和重心的指标以满足试飞要求。而且使用单座的歼10B，而不是像F-16/MATV那样使用双座机作为验证机平台，也有利于控制起飞重量。

除了歼10B试验平台，参照美国在X-31和F-16/MATV等诸多验证型号后不久启动的F-15ACTIVE，国内相关厂所已经具备在歼11试验平台上进行TVC技术后续测试的能力。即使有着后发优势，敢于挑战最复杂的设计的国产TVC技术，也注定需要在三代机平台上经过长时间的测试与改进，之后还要与配套的第四代高推重比发动机磨合成熟，它才能和“完全体”歼20实现亲密接触。

只为重塑飞行方式

从TVC技术诞生的那天起，争议总是存在的，特别是被一些观点视为比F-22还要领先半代的F-35也没有应用该技术时，我们为此耗费的时间与成本是否值得呢？笔者这里想引用著名空军学者、国际试飞员徐勇凌先生文章中的描述，“在传统飞机设计中，动力系统只是为克服飞行阻力提供了推力……而对升力和飞机姿态改变的贡献微乎其微，也就是说与飞机的操控和机动飞行关系不大”。

改变传统的TVC技术，对战机飞行性能以及作战能力的提升是全面的，并不仅仅是在近距离对决中才能发挥作用。“从某种意义上讲，‘动力飞行’时代相对于空气动力飞行时代的超越，其重要性远远大于三代战机对二代战机的技术突破”，笔者也支持这个观点。

以上两大段内容摘取自《航空知识》2018-05期文章，作者：高卓

2018年11月6日，歼10B-TVC的一系列过失速机动表演亮相珠海航展。驾驶歼10B矢量发动机验证机，完成精彩超级机动动作表演的空军试飞员、空军某部参谋长、空军特级飞行员李吉宽，获得了第13届航空航天月桂奖英雄无畏奖！向他致敬！