彎道超車！國產垂直起降航發獲重大突破：正研製垂直起降戰機

9月13日，航空報報道，南京航空航天大學研發的「暗流」矢量高機動無人機和「馭風」氣動矢量噴管控制無舵飛行器在第八屆無人駕駛航空器系統大會中公開展出，並披露了一些技術細節和研發內幕，讓人倍感興奮，本文根據公開資料做一背景分析。據資料披露，這兩種推力矢量無人驗證機均採用了南航黃帥博士科研團隊研究的新型航空發動機氣動矢量噴管技術，並曾在航空工業杯國際無人機創新大賽獲得過特等獎，其技術理念至少要比現役的機械推力矢量噴管領先一代。機械推力矢量噴管技術利用機械裝置帶動航空發動機尾噴管或整個發動機旋轉，原理較簡單，控制規律明確，目前已在F22、F35B、蘇30、蘇35等戰鬥機飛行器上獲得應用，但因其結構複雜、重量大、壽命短的缺點制約了其在中小型戰鬥機以及諸多現役戰鬥機上的推廣應用。

隨著流體技術的發展，目前世界各國研究的熱門是射流氣動推力矢量噴管，該技術是通過注入二次氣流來控制尾噴管噴流的偏轉流動，因此尾噴管調節片無需上下左右活動，從而使推力矢量噴管能夠大幅減重，但注入的二次氣流往往需要額外的氣源，導致系統複雜化。如果從發動機引氣過多，反而對發動機的正常工作有一定影響，損失的推力可能會抵消其減重的效果，導致「得不償失」。因此現有的有源氣體推力矢量噴管目前還難以實用，只能在一些彈道導彈或者小型無人驗證機上應用。南航的黃帥博士從六年前讀大三時就師從南航能源與動力分院的徐驚雷教授，開始接觸氣動矢量噴管的項目研發工作，到目前為止，已研製出了八代共十餘種改型。

其研製出的無源流體推力矢量噴管技術，由於省去了氣源，直接從外流中自然吸氣或從發動機尾噴流中引出極小一部分氣體作為二次流，用以控制發動機尾噴流偏轉，此類噴管無需攜帶高壓氣瓶等外界氣源，能量損失也極低，也不需外部複雜機械結構對尾噴管移動作功，從而使得矢量噴管部件能減少50%以上，具有著更好的經濟性、可靠性以及可維護性。在此基礎上，又研製出了命名為「扶搖」的多型旁路式無源氣動矢量噴管。例如用於垂直起降艦載戰鬥機、運輸機、預警機的氣動矢量噴管技術將垂直起降裝置與推力矢量噴管完美結合，使得在重量增加不多的情況下同時具備了以上兩項功能。

而F35B短距垂直起降戰鬥機上採用的是三軸承旋轉噴管，基本是依靠噴管壁面對氣體力的反作用來實現尾流的90度轉向，不僅結構笨重複雜、可靠性差，容易泄漏，而且垂直起降的推力也因為噴管壁面的阻力而大幅損失，並且在空中飛行時也不具備推力矢量輔助機動功能。據資料分析，目前國外還沒有同時實現此兩種功能的矢量噴管的公開報道。從公開資料上可以得知，其最大矢量角可達正負32度，遠優於F119尾噴管（F-22戰鬥機）的正負20度和117S尾噴管（蘇-35戰鬥機）的正負15度。初步試驗表明，除了具有非推力矢量下極佳的推力係數外，在推力矢量下總壓恢復係數和推力係數也明顯優於上兩者。在發動機推力，流量和英美合作的F135-PW-600相一致的情況下，從原理上看，有望實現發動機的大幅減重。

這些研究成果，激發了很多國內同行的興趣，好評如潮，更獲得了多個國家重點項目和國家重大專項的支持。一位國家重點型號分系統總師（或可能為我海軍短距起飛/垂直降落飛機發動機推進系統項目）專程前往南航進行技術成果及實樣調研的時候說：「你們這個小東西很有希望解決我國在研製先進飛行器中遇到的大麻煩！小夥子，好樣的！」除此之外，還研製成功了具有反推功能的旁路式無源氣動矢量噴管，也是國際首創，對於下一代國產艦載戰鬥機、、新一代有著短距起降要求的空軍隱形戰鬥機而言，不僅僅可以利用推力矢量技術為其起飛供輔助升力，還可使用反推力裝置輔助其快速減速，大幅縮短滑跑距離和降落速度。

針對無尾飛翼布局的飛行器而言，操縱能力不足和機動飛行困難一直是其兩大缺點，其研製的雙喉道氣動推力矢量多自由度噴管和新型噴管布置方式能同時實現俯仰、滾轉與偏航控制，初步試驗表明，可實現無尾飛翼飛行器無舵高機動飛行，不僅提高了飛機在大攻角狀態下的操縱性與失速改出能力，，還能夠進一步降低雷達反射面積，提高飛機隱身性。該團隊希望「扶搖」無源氣動矢量噴管技術成熟後，未來能應用到殲20、FC-31等國產戰機上。

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