為什麼F22起飛時屁股會瞬間上翹？

常規的航空發動機，其噴管是固定的，它只負責提供一個向前的推力。而更先進的矢量發動機，噴管可上下左右偏轉。很多人熟知的是，矢量發動機能讓戰機進行各種超強機動，實際上，它的作用遠不止這個。

作用一：短距起降

戰機滑行起飛時，矢量發動機通過偏轉噴管，可讓戰機提前抬起機頭，從而讓戰機儘快離地，縮短滑行距離。

美國的試驗機F-15S/MTD，其試飛結果表明,若起飛時利用推力矢量輔助起飛,可使該機的起飛滑行距離比常規F-15短38%。

為進行戰機短距起降和機動性能技術的研究，美國曾將一架F-15B加裝了矢量發動機，並命名為F-15S/MTD。矢量發動機採用矩形噴口，這跟現在的F-22噴口類似。

F-22的發動機使用矢量推力技術，這裡可以通過一張動圖來展示，它是如何縮短滑跑距離的。

圖為F-22夜間起飛。拍攝於2016年4月11日。

請注意觀察上面的動圖，在F-22機頭拉起前，尾部長而明亮的尾焰往上翹了一下，這說明，其發動機在滑跑階段就已經開始發揮矢量推力的作用了。

此為尾焰上翹特寫。

滑跑時，當F-22到達一定速度後，矢量噴管往上翹，尾焰也向上噴，從而給機尾一個斜向下的壓力，於是就把機頭給翹起來了。

矢量噴管跟尾翼是聯動的。

作用二：利於戰機隱身

圖為無尾翼的X-31試驗機。

上世紀九十年代，美國國防部資助X-31進行無尾翼控制研究。NASA使用矢量噴口控制X-31的偏航，在飛控軟體的輔助下，X-31完成了1.2馬赫的試飛。

矢量發動機不再只是提供推力，當其噴口偏轉時，瞬間產生一個力矩，可控制飛機的俯仰、偏航、橫滾等機動。如此，就能代替飛機上的一些固有結構，比如垂直尾翼。

戰鬥機的垂直尾翼和水平尾翼就像是角反射器一樣，對雷達波的反射較強，這對戰機的隱身很是不利。而矢量發動機對飛機的控制能力，現階段它能減小戰機尾翼的面積，而未來，它甚至有可能完全取代尾翼。

除了X-31進行過無尾翼的嘗試，NASA和波音還共同推出了X-36技術驗證機。

1997年5月17日,X-36成功地完成了首飛。

1997年10月30日，X-36在美國南加州沙漠試飛。

未來，當推力矢量技術取代飛機的尾翼後，那時的戰機跟現在相比將變得更輕。最後，矢量發動機對戰機隱身的貢獻不僅是減小戰機尾翼面積，從而減少雷達波反射面積，另外，矢量發動機的噴管還能遮擋尾焰的部分紅外輻射。這也有利於戰機的隱身。

圖為跟F-22的原型機YF-22同台競爭，最後落敗的YF-23。

YF-23也使用推力矢量發動機，從上圖可以看到，其發動機尾部的設計對尾焰紅外輻射具有很好的遮擋作用。

作用三：減少超音速巡航時的阻力

洛克希德公司設計的概念超音速客機。

協和客機，還有未來的概念超音速客機設計，它們的機翼和尾翼跟普通客機相比都很短小，因為在超音速巡航時，機翼和尾翼越是寬大，氣動阻力上升得就會越快，從而讓超音速巡航變得不可能。

而對飛機飛行姿態的控制主要由機翼和尾翼完成，減少了它們的面積也就意味著減弱了對飛機穩定性的控制。矢量發動機通過偏轉噴管，讓一部分推力轉化為對飛機的操縱力，從而部分地代替了飛機機翼和尾翼的作用。

因此，矢量推力技術可讓戰機的機翼和尾翼設計得更小，這能有效減小超音速巡航時的阻力。

作用四：超強機動

近距離格鬥時，戰機的機動性能是決定勝負的主要因素。你駕駛的戰機轉彎半徑就幾百米，我開的戰機轉彎半徑卻有幾公里，你只用幾秒就能把機頭指向我，並向我開火，而我幾十秒後才能掉轉機頭指向你，那麼顯然，我只有挨打的份兒。

雷達的功率和技術越來越強，空空導彈射程逐漸加大，這讓超視距空戰的概念深入人心，一百多公里外就能向對方發射導彈，哪裡還有什麼機會近距離格鬥？

理論上是這樣，實戰中並非如此。

試想這樣一個場景，十年後，俄羅斯和美國兩架戰機在空中對決，這兩架戰機都能以二點幾倍音速巡航，且都是很棒的隱形戰機，那麼此時，就會出現這樣的情況。

因為兩戰機隱身性能很好，這決定了兩架戰機只有到比較近的距離時才能發現對方，又因為兩戰機都是超音速巡航，速度極快，所以要不了多少時間就會飛近，不得不進行纏鬥。

即使在之前，其中一架戰機先敵發現，先敵發射出空空導彈，但還有這樣的情況，對方通過超強機動或是施放其他干擾，從而躲過了導彈，此時，兩戰機還是有可能出現近戰的情況。

上世紀，因為導彈技術的飛速發展， 一時間，「要導彈不要機炮」的觀念讓美國空軍沒有在F-4 「鬼怪」上安裝機炮。後來的實戰中，F-4在米格戰機前很被動，近戰時屬於挨打的角色。沒辦法，美軍只好又在F-4上加上機炮。 因為這個教訓，在後來的一系列先進戰機設計中，都始終給機炮預留位置，連最先進的隱形戰機F-22也不例外。

所以，在過去和現在還有未來一段較長的時期內，超機動性都是戰機的重要指標之一。而矢量推力技術恰是解決超機動性的有力武器。

圖為米格—29ovt機動性表演。

圖為米格—29ovt機動性表演。

米格-29是個老傢伙，1977年10月6日就首飛了，但它一路不斷改進升級，上圖這架比鳥兒還要靈活的米格—29ovt就是加裝了矢量發動機和飛行控制系統的米格-29M。

中國也在緊鑼密鼓地研製矢量推力發動機，相信不久的將來，中國的戰機必定會裝上自己的矢量推力發動機。

出品：科普中國

製作：寒木釣萌

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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本文由科普中國融合創作出品，轉載請註明出處。

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