SVTOL战斗机用推力矢量喷管技术的发展及关键技术分析

七、磁浮轴承
八、耐高温的复合材料
美国空军全力支持先进复合材料的研究与发展工作， 认为它将给飞机设计带来革命性的变化，ATR-700材料， 它是一种用在有机基复合材料中耐高温的有机基树脂。这 种材料在700华氏高温下工作100小时只发生很小的劣化。 高温轻重量材料在飞机上应用将很广。例如原F-117的机 身后缘出现周期性的热损伤的问题，ATR-700材料使这些 部位的有机基复合材料的耐温能力提高了150华氏度，从 而既提高了战斗机的性能，又保持了低可探测性特性。
四、无垂尾布局与“静”操纵面
美国飞机设计人员目前面临的一大挑战之一就是要回答"垂尾究竟有什么 用"?因为现代战斗机似乎都要一个尺寸相当大的垂尾,不仅很重,又容易被雷达探 测,既增加了飞机的阻力,又会带来如疲劳等一系列结构上的问题.据莱特试验室 的"多轴矢量推力"计划主任说,美国空军已经提出,希望用推力矢量加上一些新的 操纵方法来代替垂尾的俯仰、滚转和偏航稳定性和操纵。一旦能去掉垂尾，除 Product 隐形外，带来的其他的好处将是多方面的。飞机可以设计更小，气动性能大大 A 提高，因而可以更快，机动性晚好，当然也降低了飞机制造成本。 无垂尾飞机的另一关键技术是要依靠强矢量推力操纵的辅助操纵方法， 因而空军正在研究“静”就不会增加雷达反射面积。据莱特试验室内气动性能 Product B 组的技术主管解释，其中一种方案是将气动操纵面置于发动机的排气流中，因 而可以通过这种操纵面的最小的机械运动产生最大的可用操纵力。另一种方法 Product A 就是在机体前部设置顺流向的小翼刀或迎流向的可转动的操纵面，提高大迎角 操纵性能。 Product C
F—22是美国战 斗机中使用钛合 金与复合材料最 多的机型。其中 钛—64合金约36 ％、热定型复合 材料约24％、铝 合金约16％、钢 约6％、钛— 52222合金约3 ％、热塑复合材 料1％多些、其 它约15％。F— 22机身蒙皮全都 是高强度、耐高 温的BMI复合材 料。

推力矢量和二元喷管
赵震炎
【期刊名称】《《北京航空航天大学学报》》
【年(卷),期】1992(000)004
【摘要】推力矢量是第四代战斗机获得过失速机动性的必要条件,而二元喷管又是推力矢量控制中性能较为优越的一类喷管。

本文较全面地阐述了目前世界上推力矢量和二元喷管的发展和现况、二元喷管的构造和性能、二元喷管对改进飞机升阻特性和机动的作用。

推力矢量能显著提高飞机在空战中的作战效率以及推力矢量控制所需的效能也在文中作了介绍。

【总页数】14页(P133-146)
【作者】赵震炎
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.二元双喉道射流推力矢量喷管流动参数影响的数值研究 [J], 李耀华;李建强;杨党国;张诣;周清展
2.二元推力矢量喷管导流管的设计研究 [J], 陈怀壮;邓宗白
3.二元喷管射流推力矢量控制技术研究 [J], 张相毅;杨帆
4.二元双喉道射流推力矢量喷管的数值模拟研究 [J], 谭慧俊;陈智
5.二元推力矢量喷管导流板的设计研究 [J], 陈怀壮;邓宗白
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矢量进气技术在航空发动机中的应用研究航空发动机是飞行器的关键组件之一，直接影响着飞行器的性能和安全性。

近年来，矢量进气技术因其卓越的机动性能和燃烧效率，成为航空发动机领域的研究热点。

本文将对矢量进气技术在航空发动机中的应用研究进行探讨。

一、矢量进气技术的基本原理矢量进气技术是指通过对空气流动进行调控，实现航空发动机进气方向和速度的灵活调整。

其基本原理是通过喷气推力向量的改变，实现飞机的机动控制。

通过调整喷气推力的方向，可以使飞机在空中完成更为灵活的动作，提高悬停能力和机动性能。

二、大量实验验证矢量进气技术的优势矢量进气技术在航空领域得到了广泛的应用和研究，大量的实验验证了其在提高飞机操控性能方面的优势。

例如，矢量进气技术可以使飞机在低速状态下保持较高的机动性能，提高起飞和降落的安全性；同时，在高速飞行状态下，能够通过调整喷气推力的方向，减小空气阻力，提高飞机的速度和燃烧效率。

三、矢量进气技术对航空发动机的影响矢量进气技术对航空发动机的应用研究主要包括喷气推力矢量控制、喷油控制和燃烧控制等方面。

一方面，通过调整喷气推力的方向，可以改善飞机在不同飞行状态下的稳定性和机动性能；另一方面，通过优化喷油控制和燃烧控制，可以提高航空发动机的燃烧效率和排放性能。

四、矢量进气技术的应用前景和挑战矢量进气技术在航空发动机领域的应用前景十分广阔，然而也面临着一些挑战。

首先，矢量进气技术需要较为复杂的控制系统和传感器，增加了研发和生产成本；其次，矢量进气技术的实施需要与飞机整体设计相匹配，与传统的进气系统和机翼等其他部件进行协调。

因此，在实际应用中，需要考虑到飞机整体性能和矢量进气技术之间的平衡。

综上所述，矢量进气技术在航空发动机中的应用研究对于提高飞机的机动性能和燃烧效率具有重要意义。

未来，随着对矢量进气技术的深入研究和技术的不断进步，相信这一技术将在航空领域得到更为广泛的应用，为航空发动机的发展带来新的机遇和挑战。

推力矢量发动机初步学习这个专业，感觉好费劲，脑中就像是白纸，空空的，学习啦，又像浆糊，乱。

，我该从哪里开始那?先认识下吧不太了解推力矢量发动机，经常用于什么型号机型，内部结构?普通航空发动机提供的推力方向是固定的，和飞机的纵向中心重合或呈一固定夹角，而矢量推力发动机推力矢量发动机(主要是喷气式)可将推力方向做垂直或水平调整，这样做好处很多，如可使飞机起降滑跑距离更短，可使飞机机动性更突出，在失速状态可给飞机一个有效的控制能力，调整推力方向可使飞机在阻力最小的迎角下巡航以增大航程等。

矢量推力发动机和普通航空发动机大体是相同的，只是尾喷管是可偏转的活动部件。

俄式矢量推力发动机尾喷口和发动机是球形铰接，结构复杂但能提供360度全方向偏转。

美国采用矩形喷口，上下左右各是两对偏转板，结构简单，只能选择在上下或左右方向偏转。

推力矢量发动机又分二圆推里矢量发动机和多圆推力矢量发动机(多圆推力矢量发动机又称全推力矢量发动机)。

二圆推力矢量发动机是指发动机喷管可上下15度偏转。

多圆推力矢量发动机是指发动机喷管可360度全范围偏转。

二圆的设计较简单，而多圆的要更为复杂，成本也较二圆的高。

推力矢量发动机推力矢量发动机的主要生产国是美国和俄罗斯。

俄罗斯有AL-41F，AL-41F-1S，AL-31F，AL-31FP，AL-31FU，AL一31FN N1，AL-37FU等等。

美国的是JSF系列，其型号不详。

以F119-PW100为例F119是普惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机，其设计目标是：不加力超音速巡航能力、非常规机动和短距起落能力、隐身能力(即低的红外和雷达信号特征)、寿命期费用降低至少25%、零件数量减少40~60%、推重比提高20%、耐久性提高两倍、零件寿命延长50%。

在80年代初确定的循环参数范围是：涵道比0.2~0.3；总增压比23~27；涡轮进口温度1649~1760℃；节流比1.10~1.15。

Key words: adjustable guide vane, nozzle, thrust vectoring, STO(short-takeoff), Integrated Flight/Propulsion Control, PID, ALQR
ii
南京航空航天大学硕士学位论文
图、表清单
图 2. 1 转动导叶角的叶栅工作原理 .......................................................................................5 图 2. 2 三维插值示意图...........................................................................................................8 图 2. 3 导叶角未偏转和全开时风扇特性曲线 .......................................................................9 图 2. 4 导叶角全闭时风扇特性曲线和导叶角未偏转时压气机特性曲线 .........................10 图 2. 5 导叶角全开和全闭时压气机特性曲线 .....................................................................10 图 2. 6 风扇导叶阶跃下风扇和压气机相对转速曲线 ......................................................... 11 图 2. 7 风扇导叶阶跃下风扇和压气机喘振裕度曲线 ......................................................... 11 图 2. 8 风扇导叶阶跃下相对推力和耗油率曲线 ................................................................. 11 图 2. 9 风扇导叶阶跃下低压涡轮出口温度和风扇压比曲线 .............................................12 图 2. 10 风扇导叶阶跃下压气机压比和风扇换算流量曲线 ...............................................12 图 2. 11 风扇导叶阶跃下压气机换算流量曲线 ...................................................................12 图 2. 12 压气机导叶阶跃下风扇和压气机相对转速曲线 ...................................................13 图 2. 13 压气机导叶阶跃下风扇和压气机喘振裕度曲线 ...................................................13 图 2. 14 压气机导叶阶跃下相对推力和耗油率曲线 ...........................................................13 图 2. 15 压气机导叶阶跃下低压涡轮出口温度和风扇压比曲线 .......................................14 图 2. 16 压气机导叶阶跃下压气机压比和风扇换算流量曲线 ...........................................14 图 2. 17 压气机导叶阶跃下压气机换算流量曲线 ...............................................................14 图 3. 1 过膨胀时气流分离.....................................................................................................17 图 3. 2 轴对称收敛-扩张型矢量喷管的几何参数 ...............................................................17 图 3. 3 收敛－扩张喷管示意图.............................................................................................20

流体推力矢量技术
同向流控制法
主要特点: （1）主喷流为亚声速气流时，同向流技术能 够获得较好的推力矢量性能，由于二次流主 流同向，也可产生推力，因此同向流技术可 以提高喷管推力效率。 （2）试验喷管为轴对称外形，具有多轴推力 矢量的功能，但随发动机转速升高，射流速 度增加，该喷管的矢量控制能力迅速下降。
流体推力矢量技术研究
主要内容
引言 推力矢量技术 流体推力矢量技术 研究现状 待解决问题及发展方向
引言
现代空袭武器性能的不断提升和空天一体的趋势都对军事飞机的性 能提出了越来越高的要求。为了在未来天空战场中取得优势，必须在 新型战斗机的设计中采用相应的高新技术以提升其性能。推力矢量控 制技术作为飞机动力的核心和关键技术之一，可以弥补空气动力控制 在低速和高空状态下控制性能低的缺点，该技术在高性能飞机上有着 很大的应用潜力，包括提高飞机的机动性、飞行性能、生存能力以及 隐身性能等各个方面。不过，对最新一代飞机来说这些优势还没有得 到充分的体现，主要原因是额外增加的推力转向装置显著增加了飞机 重量、机构复杂程度以及造价。 因此，研究人员提出了流体推力矢量 技术的概念。
研究现状
待解决问题及发展方向
（1）飞行器的机动问题，实现单轴（俯仰或偏航方向）或多轴推力矢量控制 ，还要解决无尾布局飞行器的安定性问题，为飞行稳定提供频繁工作的三轴 稳定性控制力矩。
（2）流体推力矢量控制受多种因素影响，除了形状参数外，还包括喷管落压 比、二次流流量、外流速度等流动参数。各项系统参数之间的匹配与衔接问 题需要计算机技术、先进传感器与飞行控制技术的发展。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
流体推力矢量技术
逆流矢量方法
主要特点: （1）逆流矢量控制的一个主要问题是在一定 条件下，主流有可能出现附体(即主流撞击到 外套喷管壁面上)，附体后不太容易从壁面脱 离 (滞后性)。这将会在很大程度上削弱推力 矢量控制效率。 （2）为了不给发动机主喷管带来太大的附加 重量和阻力，外套喷管和吸气缝的尺寸要保 持在一定范围。

维普资讯
２０ ０ ２年 第 ３期
航 空 发 动 机
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球 形 收 敛 调 节 片 推 力
梁春华 靳 宝林 李 雨 桐
（ 国航 空 工 业 沈 阳 发 动 机 设 计 研 究 所 ， 阳 １ ０ １ ） 中 沈 １ ０ ５
— ｖ ｃ ｏ ｉ ｇ ｎ ｚ ｌ ．Ｔｈ ｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔｏ ＣＦＮ ｓ ｄ ｓ ｒｂ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ￣ｍ ｒ ｒ ｖ ｒ ｉｗｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｔ ｒｎ ｏ ｚｅ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆＳ ｉ ｅ ｃ ｅ ｎ ｈ ｅ ｉｎ ｆ ｉ ｓ ｅ ａ ｅ ｏ ｅ ｖｅ ｄ ｉ ｈ ｓ ａ ｅ ．Ｉ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔＳ ｓ ｉ ｉａ ｅ ｔ ａ ＣＦＮ ｎ ｆｐ ｔ ｔａｌ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｌ ｈ ｕ ｔ ｎ ｄ ｉ ｏ ｅ ｏ ｏ ｅ ｉ ｌ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ａ ｒ ｓ —ｖ ｃｏ ｎ Ｏ Ｚｅ ． ｓ ｎ ｙ ｔ ｅ ｔｒ ｇ ｎ Ｚ ［ ｉ ｓ
推 力 矢 量 喷管 是 一 项 被 誉 为 航 空 领 域革 命 性 的 技 术 ， 而 一 直 受 到 世 界 各 国 的 普 遍 关 注 。２ 因 ０世 纪
７ ０年代 起 ， 界 航 空 界 开 始 进 行 推 力 矢 量 技 术 的 理 世
轴对称推 力矢 量 喷 管 等 ） 达 到 接 近 实 用 的程 度 。 已 无 论 是 轴 对 称 矢 量 喷 管 还 是 二 元 的多 功 能 推 力 矢 量 喷 管 ， 然 形 式 不 一 ， 术 优 势 也 各 有 千 秋 ， 对 满 虽 技 但 足 飞 机 短 距 起 落 、 声 速 巡 航 、 机 动 性 等 性 能 都 有 超 超

燃气舵和空气舵的差别，在于作用的介质不同：燃气舵位于导弹尾部发动 机之后，通过改变发动机燃气流来产生改变导弹飞行姿态的侧向控制力；空气 舵则位于弹体表面，通过改变空气气流来产生改变导弹飞行姿态的侧向控制力。 燃气舵最早主要应用于弹道导弹上，因为弹道导弹通常是要飞出大气层的， 而在大气层外没有空气介质的情况下，只能使用燃气舵来作控制舵面。
1 仅在有推力时工 作 2 不论有无空气都 工作 3 与速度无关，产 生对应推力的横 向力 改变推进方向，取得横向推 4 可以取大攻角急 动力 回转
引言
采用推力矢量控制TVC（thrust vector control）机构的理由： ① 有意改变飞行轨道或弹道； ② 使飞行器旋转或改变姿态； ③ 修正与预订弹道或姿态的偏差； ④ 修正固定喷管的推力偏心。
燃气片
喷管 潜射导弹
叶片在喷管出口面上移动，部分遮住 喷管出口面积。在喷管扩张段内产生气流 分离和激波，形成不对称的压力分布。从 而产生侧向控制力。通过控制叶片在燃气 中的停留时间来调节侧向控制力的大小。
单喷管TVC机构
3.在扩张喷管的侧面喷入流体，使超声速排气 气流不对称。（ 二次注射TVC）
TVC子系统要在在硬 件上与飞行器连接， 安装在发动机喷管上
TVC接口
具体的接口类型 进出飞行器控制器和动力源的点接口 与作动器紧固件的机械连接 测量推力轴线或作动器位置的传感器

设计特点 便于开展ＴＶＣ系统试验 易于检测和维修 有助于承受高震荡环境
作动器
概念：作动器是实施振动主动控制的关键 部件，是主动控制系统的重要环节。作动 器的作用是按照确定的控制律对控制对象 施加控制力 TVC作动器可以采用液压的、气动的、机电 的，并通常含有位置传感器。

推力矢量控制与推力矢量喷管
高彦玺;金长江;肖业伦
【期刊名称】《飞行力学》
【年(卷),期】1995(13)2
【摘要】叙述了推力矢量控制的分类、发展过程，说明了推力矢量控制的重要性，推力矢量控制是未来战斗机提高敏捷性和获得过失速机动的重要手段。

介绍了目前世界上航空发达的国家推力矢量控制和推力矢量喷管的发展现状和趋势，采用推力矢量控制和推力矢量喷管后使飞机所获得的效益和面临的问题。

【总页数】6页(P1-5)
【关键词】推力矢量;推力矢量控制;推力矢量喷管;歼击机
【作者】高彦玺;金长江;肖业伦
【作者单位】北京航空航天大学
【正文语种】中文
【中图分类】V249.12
【相关文献】
1.一种有前途的推力矢量技术——流体推力矢量控制喷管 [J], 靳宝林;郑永成
2.轴对称射流矢量喷管非矢量状态下推力特性研究 [J], 张群峰;吕志咏
3.F—15短距起落机动性技术验证机矢量推力／反推力喷管的飞行试验结果 [J],
王虎
4.三轴承推力矢量喷管推力性能试验研究 [J], 解亮;李庆林;张驰;盛超;杜寅威
5.双回转喷管式推力矢量控制的推力偏转技术研究 [J], 王永寿
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短距起飞/垂直降落飞机动力装置特点及关键技术分析吴雄（海军研究院，上海200436）航空发动机Aeroengine收稿日期：2018-03-11作者简介：吴雄（1977），男，博士，高级工程师，主要从事航空发动机装备论证；E-mail：1226197692@。

摘要：动力装置是短距和垂直起落（STOVL ）飞机设计的关键，直接影响其研制的成败。

对国外3种典型的STOVL 飞机进行分析，结合不同STOVL 飞机需求对4类动力装置特征、结构特点、工作原理及发展状况进行归纳及总结。

详细提出STOVL 飞机动力装置的6类关键技术并进行了技术评价，对发展装备和开展技术研究提出建议，综合分析认为动力装置技术是中国发展STOVL 飞机的瓶颈，需要重点研究并予以突破。

关键词：短距起飞；垂直降落；航空发动机；升力风扇；推力矢量中图分类号：V231文献标识码：Adoi：10.13477/ki.aeroengine.2019.02.017Analysis on the Characteristics and Key Technologies of the Propulsion System ofthe Short Takeoff /Vertical Landing AircraftWU Xiong(Naval Academy ,Shanghai 200436,China )Abstract:Propulsion system was the key to the design of STOVL aircraft ,which directly affected the success or failure of its development.Three kinds of typical STOVL aircraft in foreign countries were bined with different STOVL aircraft requirements ,the characteristics ,structural characteristics ,working principles and development of four types of propulsion system were concluded and summarized.Six types of key technologies of STOVL aircraft propulsion system were presented in detail and the technical evaluation was carried out.The suggestion was presented for the development of propulsion system and the research of key prehensive analysis shows that propulsion system technology is the bottleneck of the development of STOVL aircraft in China ,which needs to be studied and broken through.Key words:short takeoff ;vertical landing ;aeroengine ;lift fan ;thrust vector0引言短距起飞/垂直降落（Short Takeoff and Verti-cal Landing，STOVL ）飞机兼有固定翼飞机和直升机的使用特点[1]，既可以在狭小场地上垂直起降，又可以实现快速飞行，对起降场地要求低，可在两栖攻击舰或小型航母上起降，具有部署灵活、机动性强等特点，并可携带武器载荷执行精确打击任务。