一、其實我們在60多年前就有矢量發(fā)動機了
呃，并不是來蹭熱度的，W君在自己的頭條號“iN在”里面前陣子寫了一篇文章《PVC新風機的管道噪聲消除，遇事不決“伯努利”》就有人問到W君到底是搞啥的，火箭專業(yè)，所以聊聊發(fā)動機其實也并不是太過于外行。而且今天我們要聊的矢量發(fā)動機，還真的就得從火箭發(fā)動機開始聊起來。
在1958年我們發(fā)射了國內第一枚彈道導彈，也就是大家后來所說的東風1短程彈道導彈。這枚導彈的復制品也就一直矗立在軍事博物館中。
如果仔細去看東風-1導彈的下部，我們會發(fā)現在導彈尾部噴口的位置有四個小舵片，這四個小舵片在導彈工作的時候會深入到高速噴出的燃氣中。
一般情況下這種小舵片會采用銅鎢合金來制作。通過改變舵片的角度就可以使火箭發(fā)動機噴出的燃氣往不同方向上偏轉，從而達到控制火箭飛行方向的目的。
其實，這就是最典型的矢量發(fā)動機。而我們能夠看到最早實用化的矢量發(fā)動機則是二戰(zhàn)期間的德國V-2火箭了。
當然了，燃氣舵目前依舊不過時，在現代的很多導彈上依舊是一種很有效的控制方向的方式。
而且最簡單地改變燃氣氣流方向的方式莫過于把發(fā)動機噴口的一個部分堵上。例如：
看到這里你就應該知道矢量發(fā)動機的基本原理了。但是不要人云亦云的也管它叫“矢量發(fā)動機”，這其實是一個簡稱，全稱應該叫做“推力矢量控制發(fā)動機”。
二、推力矢量控制的航空發(fā)動機
現在說一個哲學問題——是“需求”決定了“存在”，還是“存在”衍生了“需求”？
普通飛機的控制其實是用不到推力矢量發(fā)動機的。
在飛機的設計中有更高效的空氣動力學部件來控制飛機的飛行姿態(tài)，這些也就是我們常說的升降舵、方向舵、副翼、襟翼……在正常飛行的情況下矢量推進對于飛機的控制可以說是毫無意義。
這是因為無論是在飛機做俯仰運動、滾轉運動還是航向運動的時候飛機的氣動控制面都被安排在了最大的力矩臂上，這就讓這些控制面有最高的運作效率。
反觀推力矢量發(fā)動機的位置，我們可以看到大部分矢量發(fā)動機的噴口都是僅僅滿足于短力矩臂的問題的，即便是在某一個軸向上具有較長的力矩臂也會在某個方向上處于劣勢。而且由于發(fā)動機的推力并不以是不是“矢量”而得到提升，在保持一定的推力下，“矢量”恰恰會導致發(fā)動機航向上的推力下降。
這樣對于飛機本身的效率是沒有任何提升的。
那么為什么存在“推力矢量控制發(fā)動機”？它存在的意義在哪里？首先我們就得看看最早用到這種發(fā)動機的地方了——火箭、導彈。
由于火箭、導彈的速度高，因此常規(guī)的機翼控制面已經沒有什么太大的效率啦，因此才“不得不”采用推力矢量控制發(fā)動機這一個方案。
在大多數情況下飛機并不像火箭一樣，大多數飛機的飛行包線都是圍繞著飛機的氣動結構而設計的。這就是說——飛機其實是不需要適量發(fā)動機的。
三、推力矢量控制發(fā)動機存在的合理性
既然不需要，為什么被裝在飛機上。原因在于很多的戰(zhàn)斗機其實都會飛到自己的飛行包線之外。例如當飛機大迎角飛行的時候，這種情況下飛機的氣動控制面往往就會失去效力。
這個時候推力適量控制才真正的作為一種備用控制手段有了用武之地。它可以通過對飛機實施一定的偏轉推力讓飛機重新回到正常的飛行包線姿態(tài)內。簡單地說——這其實就是飛機的車道保持系統(tǒng)。
除此之外，推力矢量控制發(fā)動機在飛機上的意義并不算大。它在真正的空戰(zhàn)中可以讓飛行員大膽地放手一搏，而對飛機的機動性的本質提升其實是0。但為此要付出更多的結構重量。
所以對于矢量發(fā)動機更多的還是在研究階段，真正的使用案例還是屈指可數的，甚至并不一定會成為未來戰(zhàn)斗機的一個發(fā)展趨勢。
