火箭发动机推力矢量技术

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经济，具有较强的机动性和超机动性。由于发动机等的限制，现在主要以部分推 力矢量控制为主。 按喷流的控制方式又可分为两种:外部推力矢量控制和内部推力矢量控 制。外部推力矢量控制是指在发动机的喷口处安装燃气舵，依靠燃气舵的偏转来 控制推力方向。 内部推力矢量控制则是通过调节发动机喷管本身的构形使喷流偏 转，比如二次射流喷射技术和差分流量调节技术等。
2 推力矢量控制的方案
2.1 机械式的推力矢量喷管
2.1.1 燃气舵方案 一般来说，燃气舵方案是在飞机的机尾罩外侧加装 3 或 4 块可作向内、向外 径向转动的尾板，靠尾板的转向来改变飞机尾气流的方向，实现推力矢量。这种 方案的特点是发动机无需做任何改装，适于在现役飞机上进行试验。其优点是结 构简单，成本较低，作为试验研究有一定价值。但有较大的死重和外廓尺寸，推 力矢量工作时效率低，对飞机隐身和超音速巡航不利，所以它仅是发展推力矢量 技术的一种试验验证方案。 2.1.2 二元矢量喷管 二元矢量喷管是飞机的尾喷管能在俯仰和偏航方向偏转， 使飞机能在俯仰和 偏航方向上产生垂直于飞机轴线附加力矩，因而使飞机具有推力矢量控制能力。 二元矢量喷管通常是矩形的，或者是四块可以配套转动的调节板。二元矢量喷管 的种类有：二元收敛－扩散喷管（2DCDN） 、纯膨胀斜坡喷管（SERN） 、二元楔体 式喷管（2DWN） 、滑动喉道式喷管（STVN）和球面收敛调节片喷管（SCFN）等。 通过研究证实，二元矢量喷管易于实现推力矢量化。在 80 年代末，美国两架预 研战斗机 YF-22/F119 和 YF-23/F120 均采用了这种矢量喷管。二元矢量喷管的缺 点是结构比较笨重，内流特性较差。
70 年代中期，德国 MBB 公司的飞机设计师沃尔夫岗•赫尔伯斯提出利用控 制发动机尾喷流的方向来提高飞机的机动能力。1985 年美国国防预研局和 MBB 公司联合进行了可行性研究，1990 年 3 月，美国 Rockwell 公司、Boeing 公司和 德国 MBB 公司共同研制的在发动机尾喷口装有可改变推力方向的 3 块碳纤维复 合材料舵面的试验验证飞机 X-31 出厂，并进行了试飞，其舵面可相对发动机轴 线偏转±10°，在迎角为 70°时仍能操作自如，并具有过失速机动能力 1991 年 4 月海湾战争结束后，五角大楼拿出 500 亿美元，研制不同于 F-117 的新型隐身飞机，使用了推力矢量技术，于是就有了基本满足上述多种要求的 F-22 战斗机。俄罗斯开展隐身和推力矢量技术的应用研究包括，米格 1.44 利用 发动机向不同方向发出的气流的反作用力可以迅速改变方向。 《简氏防务周刊》 在 1992 年就说俄罗斯人已经超越了 F-117，直接研制出了现代的超声速攻击机， 成了 F-22 的竞争对手。
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目录
引言...................................................................................................................................................4 1 推力矢量控制的概念 ..................................................................................................................4 1.1 推力矢量技术.....................................................................................................................4 1.2 推力矢量技术的分类......................................................................................................... 4 1.3 推力矢量技术的发展过程................................................................................................. 5 2 推力矢量控制的方案...................................................................................................................6 2.1 机械式的推力矢量喷管..................................................................................................... 6 2.1.1 燃气舵方案.............................................................................................................. 6 2.1.2 二元矢量喷管.......................................................................................................... 6 2.2 流体式的推力矢量喷管..................................................................................................... 6 2.2.1 激波矢量控制.......................................................................................................... 6 2.2.2 喉道偏斜..................................................................................................................7 2.2.3 逆向流法..................................................................................................................7 2.2.4 同向流法..................................................................................................................7 2.2.5 差分流量调节法...................................................................................................... 7 3 推力矢量技术的优缺点............................................................................................................... 8 3.1 推力矢量控制的效能......................................................................................................... 8 3.2 推力矢量控制存在的问题................................................................................................. 9 3.2.1 机械式的推力矢量喷管的问题 .............................................................................. 9 3.2.2 流体式的推力矢量喷管的问题 .............................................................................. 9 4 结束语......................................................................................................................................... 10
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引言
战斗机要求有非常高的敏捷性和机动性， 人们一直在不断地提高和完善飞行 器的推力系统的性能，进而提高飞行器的作战效能。推力矢量技术就是在这种情 况下诞生的一种技术， 推力矢量技术将大幅提高飞行器的机动性能和低速的作战 力。特别是在近距空战中，具有推力矢量技术的飞机拥有过失速机动的能力，具 有很大的优势。
1 推力矢量控制的概念
1.1 推力矢量技术
推力矢量的定义： 推力矢量技术是指发动机推力通过喷管或尾喷流的偏转产 生的推力分量来替代原飞机的操纵面或增强飞机的操纵功能， 对飞机的飞行进行 实时控制的技术。 推力矢量控制的推进系统除为飞机提供前向推力外， 尚能同时或单独在飞机 俯仰、偏航、滚转和反推力方向提供发动机内部推力，来自百度文库以全部或部分取代由飞 机舵面或其它装置产生的外部气动力来进行飞行控制。 在战斗机是利用推力矢量 技术是一种技术上的突破，它不仅能提高战斗机的敏捷性和机动性，还对战斗机 的隐身、减阻，减重都十分有效。
1.2 推力矢量技术的分类
按照飞行器操纵力和力矩的提供方式可分为全部推力矢量控制和部分推力 矢量控制。全推力矢量控制飞机的操纵力与力矩完全由发动机的推力矢量提供， 它可以同时或分别指向任何方向， 用力矩和直接力的形式控制飞机的姿态与航迹。 此时就可以不再需要方向舵、升降舵、副翼等操纵面，甚至垂直稳定面也是多余 的。部分推力矢量控制是指既保留气动操纵面又增加了推力矢量的综合控制。全 推力矢量控制飞机比部分推力矢量控制飞机的可控性好， 而且安全、 方便、 简单、
1.3 推力矢量技术的发展过程
发动机推力矢量的研究及其在火箭与导弹上的应用已经有较长的历史。 在第 二次世界大战中， 德国 V-2 火箭上使用石墨燃气舵以便达到控制火箭姿态的目的 就属于一种较早期 TVC 形式。在现代制导武器上，内、外推力矢量控制的方法均 有采用。TVC 技术在飞机上的应用则是从 70 年代开始的，首先是美国开始研究 具有俯仰推力矢量和反向推力矢量的二维喷管， 美国空军飞行动力学实验室系统 地研究了几十 种推力矢量喷管。美国的新型飞机，如 F-22. B-2 飞机都采用了推力矢量喷 管。另外，第三代战斗机也在进行改装工作，如 F-15. F-16 飞机等。
推力矢量技术
宇航学院 111513 班 姓名 学号 张海征 11151078
2014 年 6 月 11 日
摘要
叙述了推力矢量控制的概念、技术分类、发展过程以及应用，说明了
推力矢量控制的重要性， 推力矢量控制是未来战斗机提高敏捷性和获得过失速机 动的重要手段。 介绍了目前世界上航空发达的国家推力矢量控制和推力矢量喷管 的发展现状和趋势， 采用推力矢量控制和推力矢量喷管后使飞机所获得的效益和 面临的问题。 关键词：推力矢量 推力矢量控制 推力矢量应用
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从 1993 年 11 月－1994 年年底， 在 X-31 与 F-18 之间进行了一系列的模拟空 战，在 X-31 飞机不使用推力矢量技术与 F/A-18 飞机同向并行开始空中格斗的情 况下，16 次交战中 F-18 赢了 12 次；而在 X-31 使用推力矢量技术时 66 次交战 X-31 赢了 64 次。此外，美国在 F-14 和 F-18 上分别安装燃气舵进行了试验。