俄戰機發動機矢量噴嘴為何愛用圓形?可減少推力損失 |
送交者: 嵐少爺 2020年05月18日20:54:33 於 [軍事天地] 發送悄悄話 |
五代戰機出色的機動能力離不開推力矢量技術。這種技術除了單純提升飛行效率外,還提供飛機失速後的機動能力。其實現的原理解釋起來也很簡單,無非就是通過轉動發動機噴嘴或加裝擾流板而已。 不過看似簡單的實現過程達到應用能力是個非常漫長又充滿難題的過程。那麼俄羅斯的推力矢量技術究竟如何呢? 一、留里卡宗派 俄羅斯有兩大機構同時研究推力矢量技術,分別是留里卡設計局和克里莫夫設計局。兩個設計局的風格、想法、特色皆有很大不同,因此也被戲稱為“留里卡式”和“克里莫夫式”兩大宗派。 留里卡設計局研製的矢量噴嘴技術是俄羅斯最早實用化的。早在1986年,西蒙諾夫設計局在為蘇27M研製新型發動機時,便要求留里卡研製矢量噴嘴。同時也是為了下一代引擎AL-41F系列做技術儲備。 留里卡設計局還是有兩把刷子的,他們的第一批成果應用到了AL-37系列發動機上,矢量噴嘴只為飛機尾部增重了100公斤,後來經過改裝重量下降到了70公斤。而同時期應用同類技術的F15和F18,矢量噴嘴重達1000公斤,導致飛機不得不在中前部增加額外的配重。 可惜“天不逢時”,這麼好的技術碰到了蘇聯解體,俄羅斯沒有能力為留里卡設計局提供繼續研發的資金,導致直到2000年印度裝備蘇30MKI,“留里卡式”的矢量噴嘴才正式服役,此時“世界第一”的寶座已經被F22所用的F119占據,它只能屈居第二。 “留里卡式”矢量噴嘴簡而言之就是“整體聯動”,即一口氣讓整個噴嘴活動。其運動幅度為上下15度,速度約為每秒鐘30度。最大特色便是構造簡單,這也是其能如此快速實用化的關鍵。 不過上個世紀的技術與現在相比多多少少都有些代差,“留里卡式”一代只能簡單到在一個平面上活動。印度花錢引進蘇30MKI後,留里卡設計局才有錢進行再度研發。 新版的兩個噴嘴活動軸可以分別向外旋轉32度,這樣一來便能搭配出三維向量推力控制。該款矢量噴嘴已應用於蘇30MKI、蘇35甚至蘇57身上。 這種設計雖然簡單,但是實用,充滿了“留里卡式”的實用性智慧。 二、克里莫夫流派 “克里莫夫”設計局研製的矢量噴嘴則與歐美的技術類似,噴嘴採用分段式設計,每個或部分噴嘴葉片通過調整來改變推力方向,活動幅度較大且運動速度更快。這種方式與“留里卡”的整體式布局是不一樣的。 “克里莫夫式”噴嘴最初是為米格29所用RD33系列引擎研製,後來也用於AL-31系列發動機。噴嘴葉片在各方向的活動幅度均為16度,這與西方的研製水平大體相當。 克里莫夫設計局比留里卡設計局更精明的地方在於,兩家都以AL-31系列發動機為基礎研製矢量噴嘴,但後者只是老老實實的幹活交工,前者更具有前瞻性。 克里莫夫設計局認為AL-31系列發動機的頂配型:AL-31F-M,極有可能升級為五代戰機所使用的發動機。 AL-31系列發動機是留里卡設計局下轄的“土星”研究所開發的,競爭五代發動機失敗後繼續自研,由此誕生了新一代的AL-31F-M系列。 換裝了這款發動機的蘇27進行試飛,從每小時300公里的速度加速到1200公里,耗時減少了26秒鐘。推力大了,耗油反而降低了。耗油降低還不算,大修間隔也延長了。 獲得如此佳績的土星研究所並沒有放棄,相繼又推出了AL-31F-M2和AL-31F-M3。其中第二代(AL-31F-M2)發動機的性能比第一代提升了10%,終於獲得了蘇霍伊的青睞,成為蘇27SM的御用引擎。 AL-31F-M3就更不得了,由於改用3級寬葉片風扇,結構上一體成型且無扇葉間邊緣隔板,性能又大幅前進了一截。專家指出其已經具備6代發動機的能力,試驗版的推力就已經達到了15300公斤,要知道蘇57的常規推力要求為15500公斤。 AL-31F-M3更名為AL-41F1-117S,如願以償地成為了俄羅斯五代戰機的專用引擎。 這個催人淚下的奮鬥過程,也深深感動着克里莫夫設計局的工程師們。他們選擇跟着AL-31F-M系列一步步升級自己的矢量噴嘴。結果“一人得道”,蘇霍伊設計局敲定發動機後,順帶選定克里莫夫設計局提供矢量噴嘴。 可惜“土星”研究所還是留里卡設計局的下轄機構,誰也不會想到能出現“燈下黑”的情況。 三、扁平式矢量噴嘴 通過圖片和視頻大家可以清晰的看出,F22使用的矢量噴嘴是扁平式的,俄羅斯的則是圓形的。扁平式噴嘴可以大量遮蔽渦輪葉片與後燃器,從而降低雷達與紅外線訊號。 不過也有一定的缺點,就是氣流從渦輪流出後將快速由圓形截面過渡到矩形,這個過程會造成一定的推力損失。 當然這不是俄羅斯使用圓形矢量噴嘴的理由。相反,克里莫夫設計局也在研發扁平式的噴口,只不過損失掉的動力高達14%至17%,導致遲遲無法試飛。 有消息指出,新技術進步後,推力的損失減到了5%至7%,已經可以滿足穿透打擊任務的需要。不過克里莫夫設計局還在嘗試將損失降到3%。 |
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