F-22這種矩形尾噴口有什麼優點和缺點？

圖註：F-22採用二元矢量噴口

F-22發動機的矩形尾噴口，在術語上被稱作「二元矢量噴管」，從技術角度而言，其優缺點都十分鮮明。

先看優點，首先，二元矢量噴管在隱身方面具有極大優勢。在雷達隱身方面，矩形的二元矢量噴管可以產生平行效應，將雷達波散射到其它非重要方向，以降低戰鬥機後向雷達反射截面積，使得F-22比採用三元矢量噴管技術的蘇-57後向RCS更小。再者，二元噴管在紅外隱身方面的優勢也比較明顯，矩形噴出的氣流更容易與外界冷空氣進行快速摻混，從而迅速降低溫度，減少紅外特徵。體積相對巨大的隔熱屏內部可以安置一些應急的紅外對抗設備，有資料表明，為了在遭受紅外製導導彈追擊的時候能夠安然脫身，F-22上安裝了兩個液氮存儲和釋放裝置，可以在瞬間將液氮噴入發動機的尾流中，從而實現快速降溫，消除紅外輻射信號，使紅外製導導彈失去跟蹤。

其次，二元矩形矢量噴管在飛機一體化設計上也有一定的優勢，因為現代的重型機普遍機身扁平，與矩形噴管較為容易融合，延伸的尾噴口也可以對整機形成一種兩頭尖的外形，從而減少整機的阻力，起到優化綜合減阻的效果。這種氣動減阻的獨特絕活是三元軸對稱噴管所不具備的。

再看缺點，首先，二元矢量噴管的結構比較笨重，內流特性較差，推力損失大。按照相關資料，F-119發動機因為採用了二元矢量技術，推力損失不低於3%。而且反推機構的重量很大，為了避免進一步增重，在F-22上最終取消了反推能力，使得最初的短距降落的設想沒有成為現實。

其次，二元矢量噴管重量大，性能不理想。在重量方面，YF119的矢量噴管的重量佔據了發動機總重量的四分之一，遠高於常規噴管的重量比。不僅如此，二元矢量噴管還存在其它一系列的問題，其中包括，第一、二維噴管的承載能力不理想，擴散控制部件在推力矢量狀態要承受很大的負荷，從而對結構強度和作動機構提出了比較高的要求。第二、高溫高壓氣流要從理想的圓形轉變成方形，並最終噴出，由此引起的熱量分部不均的問題對隔熱屏提出了很高的要求，並需要很多的冷卻空氣來冷卻隔熱屏，推力矢量控制部分承受了過高的負荷和溫度，特別是在加力狀態下，溫度高，負荷重，對材料的耐久性要求極高。第三，相對於軸對稱矢量噴管，二維矢量的冷卻空氣需求量很大，而且氣流由圓轉方的階段，高溫尾流的泄漏量大，使得整個排氣系統的部件都需要做到耐高溫設計，但是不幸的是，為了滿足設計需求，驅動噴管偏轉的液體介質是航空煤油，這樣就對整個機構的密封性的要求及其嚴格。設計難度加大，維護也變得很複雜。

第三，F-22採用的普惠公司第一代二元矢量噴管，只具備俯仰能力，不具備偏航能力。只能通過發動機左右雙發差動，來實現有限的轉彎機動控制，這使得其機動性大大低於軸對稱三元矢量噴管，同時只能在迎角機動、超聲速巡航等非常有限的機動動作時參加整機飛控控制，其它時候很少參與飛控。可以說，雖然F-22採用了飛火推一體化飛控系統，將F119發動機矢量推力噴管整合進了整機飛控系統，但整合和控制水平較低，矢量噴管對整機飛控參與度較低。由於矢量噴管很少參加飛控，因此起到的有益作用自然也較少，很大一部分時候只能作為飛機死重起到負面影響。

【兵工科技】系頭條問答簽約作者。

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