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中国矢量喷管现身珠海,现场大图深度剖析

2018-11-07 11:39   来源:采集

  

本届珠海航展,还未开幕但亮点都已经亮出来了。

其中换装矢量喷管的歼10B绝对是最引人注目的。

《航空知识》2018年5月刊专门刊登了相关报道,深度解析我国矢量发动机技术,特在此时于微信上与读者共享。

不仅是发动机革新

尽管国内航空发动机矢量喷管技术(下文简称TVC)很早就有概念模型和工程样机资料出现,但正由于这些设计出现得太早,近年来并没有太多新资料能佐证国产TVC 发展到了哪一步。

直到去年12 月25 日,一台装有全向轴对称矢量喷管的“太行”改进型涡扇发动机,随歼10B 的1034 号原型机进行了首次飞行试验。

终于有人欢呼,我们的太行,真的行了!

提到“太行”的成熟过程,大家想到的更多是歼11 系列飞机。但作为“太行”的“原配”,歼10 系列飞机同样长期参与了“太行”系列的测试。只是由于“太行”没有大量出现在装备歼10 的作战部队里,使得这一点往往被人忽视。比如歼10 的1004 号原型机、歼10B 的1035 号原型机和几架量产型飞机,就分别测试了“太行”的3 种不同子型号。

因此这台“太行”家族中最新亮相的成员,出现在1034 号歼10B 原型机上也并不奇怪。而且使用机腹进气的单发鸭式布局平台验证TVC 技术,也很容易让人想到美国的X-31 验证机。

实,改装后的1034 号歼10B在定位上更接近后来的F-16/MATV。其加长空速管、尾旋改出伞支架(首飞由于不涉及相关科目,故未安装伞体)等诸多特征也和F-16/MATV 类似。毕竟X-31是全新设计的验证机,很多地方完全可以白纸新画,而歼10 和F-16 就没这个条件了。不过由于中国航空工业还没有“验证机文化”,所以1034 号歼10B 只好又当X-31 又当F-16/MATV 了。

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国产TVC能力几何?

作为一款典型的三元TVC 产品,这款最新亮相的国产TVC,并非“山寨”刚刚引进一年的苏-35 所用117S 发动机的俯仰式轴对称TVC 技术,而是在典型的全向轴对称矢量喷管(AVEN)结构的基础上“百尺竿头、更进一步”。

刘屹/绘

从外部看,国产TVC 的活动部分,从前到后可分为转向控制环和扩张调节片两大块。但每片扩张调节片末端都带有一片可以独立旋转的外调节片,是该型喷管不同于世界上其他TVC 工程作品的最明显特征。

光看外形,这种设计难免给人一种复杂笨重感。歼10 并不是一款以推重比见长的飞机,“太行”的推力在世界同等级大推力涡扇发动机中也并不突出。很多人因此担忧,TVC 的那个老生常谈的问题——推力损失,是否会进一步影响这架验证机的测试效果。

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TVC 推力损失的主要原因很好理解,由于TVC 在工作时会在喷管内部形成弯折,导致从燃烧室喷射出来的部分高温高压燃气受阻,速度降低;而后面保持原来速度的燃气在与这部分燃气碰撞后,就形成了流场阻塞。发动机喷出燃气的高压和高温两大属性,对产生推力都贡献很大,而高压就有不少在这儿白白损失了,而且压力损失的比例还会随着排气速度的增加而增加。

刘屹/绘

既然要用TVC 的长处,就得接受TVC 的不足。TVC 的工作原理决定了这种损失不可能彻底消除,只能尽可能降低,这就得从影响推力损失量级的具体因素入手。通俗的说,主要看的是弯曲区段有多长,以及喷管弯曲的程度有多大这两点。

前者好解释,弯曲区段越短,“追尾”区域就越小,形成的流场阻塞影响就越低。所以国产TVC 的弯曲区段,位于整个转向控制环部分已经短到很容易被忽视的地步,确实够短。那么喷管弯曲程度又该如何优化呢?

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