中國特色的推力轉向_風聞

在2018年珠海航展上，殲-10TVC的展示引起了一片轟動，但現在幾乎被人遺忘了。這是很重要的技術成就，不應該遺忘。

2018年珠海航展上的殲-10TVC

推力轉向（也稱矢量推力，簡稱TVC）最早是用於垂直起落的，但殲-10TVC是用於改進機動性的。殲-10TVC這樣的推力轉向對縮短起飛距離有一定的作用，但作用不是很大。用於短距起飛時，TVC不是向下偏轉，產生額外的直接升力，而是向上偏轉，提前產生足夠的抬頭力矩，用增加的機翼升力提前離地。即使是大推重比而且輕載起飛的戰鬥機，發動機的推力也勉強超過起飛重量，主要的還是用於向前推進，分出的一點額外垂直升力於事無補。但儘早抬頭，增加機翼迎角，可以產生大得多的氣動升力，這才是短距起飛的正道。

TVC在着陸中，也可以用於進一步加大迎角。但這時氣動升力不是問題，一般擦地角才是最大的限制。過大的迎角也影響飛行員的視線。一般來説，TVC對縮短降落距離沒有太大的用處。

但TVC對改善機動性是有很大作用的，殲-10TVC在珠海也展現了強悍的過失速機動能力。

在過失速狀態下，常規的氣動控制面的舵效大減，但TVC的作用不受失速限制，有利於恢復正常飛行狀態，改出失速。至於在失速狀態下用特殊機動發射導彈，這是戰術價值有限的一錘子買賣，實際上很少使用。而且即使得手，自己的速度、機動性盡失，成為戰場上其他敵機輕易就能收拾的靶子。

過失速時，最怕的是無控側滑。本來機翼已經升力不足，一旦受到氣流擾動發生側滑，滑向的一側機翼“後退”，進入更深的失速，迅速掉升力，加速側滑。失速狀態下的側滑幾乎沒法改出，墜機率很高。但TVC可以頂住側滑，恢復對稱升力，在此基礎上進一步改出失速。更加強悍的過失速控制還有利於起飛後馬上轉入大迎角爬升，而不必太擔心進入失速。這對戰鬥機和基地航路管理也是重要的。

對於戰鬥機來説，TVC更大的作用在於超音速機動。超音速飛行時，儘管與過失速時機制不同，但同樣舵效大減。米格-21那不成比例的超大垂尾就是早期超音速戰鬥機設計對舵效降低的補償。同樣，TVC的“舵效”不減，但縮小垂尾對降低重量和阻力是明顯的。

亞音速的米格-17與超音速的米格-21相比較，後者的垂尾更大

傳統上，TVC有二維和軸對稱兩大流派。

軸對稱TVC，不過在蘇-30MKI上，實際上也只有“上下”方向可偏轉，不過帶一個外傾的角度，用於降低萬一兩側動作不對稱的影響

二維TVC

AL31的軸對稱TVC

歐洲EJ200的軸對稱TVC

蘇-57的目標發動機“項目30”的軸對稱

很多人認為，只能上下襬動的二維TVC結構簡單，可三維擺動的軸對稱更加先進，這是錯誤的。二維TVC的上下擋板與兩側壁板之間的密封難度很高，但漏氣就等於漏推力。上下擋板的材質和冷卻難度也要高得多。矩形噴口的受力不是軸對稱的，所以需要結構加強，帶來重量代價。把本來圓形截面的噴流壓扁還帶來推力損失。軸對稱保留了羽片的基本結構，密封和冷卻都容易多了，受力簡單，推力損失也小。但二維TVC扁平的形狀不僅有利於壓扁噴流散熱，降低紅外特徵，還對發動機的渦輪形成一定的遮擋，有利於後向雷達隱身。不可忽視的是，扁平的後體阻力小，有利於達到超巡。這是貌似簡單、實際上更加先進的TVC，但只有超強推力才能玩。

至於二維TVC只能上下襬動，這對雙發戰鬥機來説不是大問題。過失速機動中，側滑與橫滾是連在一起的，兩邊的TVC差動擺動，就可實現有效的橫滾控制。

另一方面，軸對稱在理論上可以全向擺動，但至少在蘇-30MKI和蘇-35S上，只能上下襬動，只不過帶一個外傾的角度，降低由於機械勞損或者故障而兩側動作不對稱的影響。

在結構上，二維TVC的上下擋板是通過“根關節”擺動的，軸對稱則是通過“關節套”擺動的。換句話説，前者是簡單的轉軸和作動器，後者則是把常規的收斂-擴散噴口的羽片結構套在一個鼓形節套上，通過旋轉滑動而實現擺動的，結構重量代價顯而易見，動作也不可能太靈敏。

直接把羽片結構通過“根關節”偏轉是可以的。但羽片有內羽片和外羽片兩層，互相重疊，但可滑動，形成密封。內羽片還不是平直的一長條，中間還帶關節，可以形成縮喉的喉道，這是收斂-擴散噴口的關鍵，離開這個，很難實現超音速推力，因為渦輪發動機的噴流本身是亞音速的。但要對大量長羽片實現大角度偏轉，機械結構複雜，可靠性也成問題。

在已經定型的TVC中，美國F-22採用二維，俄羅斯的蘇-30MKI、蘇-35S採用鼓式軸對稱，歐洲“颱風”戰鬥機計劃換裝（但現在計劃實際上停擺）的EJ200TVC和蘇-57的目標發動機“項目30”採用羽片軸對稱。

中國走的是第三條道路：兩段式，短鼓式加短羽片。這是把鼓式軸對稱和羽片軸對稱相結合而發展而來的，但把羽片分成兩段，外段可在內段的基礎上進一步偏轉。這不是沒事找事，更不是簡單的加法。

中國的推力轉向噴口的一圈“指頭”很有特色

鼓式軸對稱的內段加羽片軸對稱的外段，構成了中國特色的兩段式

相對於鼓式軸對稱，羽片軸對稱的重量輕，靈敏度高，但較難大角度偏轉，否則羽片在滑動抽拉中錯位造成的噴口變形導致推力損失過大，這一點把花園水管的龍頭削掉一塊就能體會了。但兩段式緩解了這個問題。更重要的是，兩段式平緩過渡，噴口變形小，大大降低了推力損失。鼓式則沒有羽片錯位的問題，而且機械上也比較簡單。

兩段式可偏轉的角度更大，但一般不需要。過大的偏轉角導致過度的推力損失，也產生超過必要的推力轉向。但在相同的最終偏轉角度情況下，兩段式可以用更輕、更可靠的機構實現，將兩種軸對稱的優點最大化，同時用各自不必偏轉大角度而限制其缺點。重量輕、推力損失小，這正是兩段式的特點。

殲-10這樣的單發戰鬥機對軸對稱推力轉向有最大需求，雙發了反而無所謂了

兩段式也是真正的軸對稱，可全向擺動。EJ200TVC和“項目30”在理論上也可以全向擺動，但作為雙發戰鬥機，不一定有這個必要，結構干擾是另一個限制。殲-10TVC這樣的單發TVC才真正用得到軸對稱的全向擺動能力。

隨着使用經驗的積累和針對性改進的推進，渦扇10還在繼續增推。希望TVC成為第二代渦扇10的標配。