2017年,日本國產“心神”戰機在結束最後一次試飛後,宣布項目終止,前期龐大的資金投入化為烏有。有數據表明,“心神”戰機所選用的XF5-1推力矢量發動機最大推力僅5噸,且超聲速飛行干擾阻力過大,導致項目不得不提前“下馬”。
半個多世紀以來,世界各國在研發推力矢量發動機過程中,反復驗證技術的成熟度,不斷提升發動機與戰機的匹配度,直至達到定型標準。這一過程,科研人員著力解決推力矢量發動機的三大難題:
一是排除干擾隱患。戰機執行超機動飛行動作時,推力矢量發動機尾噴口產生的噴流會直接作用在飛機的擾流板上,產生擾流效應。這可能會導致戰機升力分布不均勻,抗失速能力和操縱穩定性減弱,增加飛行事故風險。
如何解決擾流問題?20世紀90年代,俄羅斯蘇-30戰機的設計師別出心裁地將2台AL-31F發動機搭載在機身後部與垂直尾翼相比較高的位置,使噴流遠離戰機擾流板;將發動機尾噴口設置為“外八字”偏轉方向,有效減小擾流範圍,飛行穩定性和操作安全性得到大幅增強。
二是提升材料性能。推力矢量發動機尾噴口越靈活、越嚴密,越有利於提升發動機推力效果。發動機尾流的溫度可達1000℃以上,且氣體壓力高達幾百千帕,普通金屬會軟化變形。因此,尾噴管的材料選用至關重要。
近年來,科研人員研發出多種新型復合材料。比如,選用高溫耐火陶瓷基復合材料製作出的戰機尾噴管,具有優異的熱穩定性,可以承受1500℃高溫,密度衹有高溫合金的1/3,強度卻為其2倍,且結構耐久性好。
三是解決控制難題。眾所周知,推力矢量發動機推力方向的變化會對飛機姿態產生重要影響。在飛行姿態大幅變化時,飛行員控制不好很容易造成戰機失控。
對此,歐洲空客公司與發動機製造商斯奈克瑪公司強強聯手,共同研發出一種能夠與戰機完全集成的發動機系統。這種一體化推力矢量設計實現了戰機和發動機的最佳匹配、各個氣動舵面偏轉與尾噴管偏轉的完美配合,飛行員操作難度系數減小,飛行安全性和穩定性得以提升。
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