歼10换装轴对称三元矢量喷管重量更轻 技术领先俄军

原标题:俄罗斯苏30SM将换装117S发动机 大动干戈所欲何为?

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9月3日俄罗斯联合发动机公司(UEC)乌法发动机工业协会(UDK-UMPO)在其官网公布了一份有趣的文件,显示在2017年在俄罗斯联邦总统命令下,伊尔库特公司、苏霍伊公司和乌法发动机工业协会已经联合展开了一项苏-30SM升级计划,为该机换装AL-41F-1S发动机(产品117S)。

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苏-30SM战斗机是伊尔库特公司为印度研制的苏-30MKI战斗机的全国产化版本,使用俄制航电取代了印度型号上的法制和以色列制航电,因此该机也一并沿用了前者的AL-31FP推力矢量发动机。

日前,安装矢量尾喷管的歼-10原型机成功首飞,标志着我国航空工业在矢量尾喷管和太行增推改型的研制上已取得重大突破。这套动力系统将能大幅增强歼-10战斗机的机动性能,尤其是过失速机动性。

AL-31FP发动机是苏-27上AL-31F涡扇发动机的推力矢量改型,两者之间的最大区别是AL-31FP具有可上下各偏转15度的推力矢量尾喷管。其研制单位——土星科研生产联合体在AL-31FP项目上的投资超过1亿美元,为了在实现矢量偏转功能的同时不过分增加重量和推力损失,土星在尾喷管上采用了独特“关节式”设计,也就是把AL-31F的整个收敛-扩散尾喷管结构安装在一个可动外环上,并把这个外环通过铰接轴安装在发动机加力燃烧室机匣后方,再通过液压动作筒就能驱动整个尾喷管俯仰偏转了。

纵观战斗机发展史,世界各国先后已经研究出多种矢量尾喷管,但投入服役的却寥寥无几。矢量尾喷管的设计原理虽然简单,但对制造材料和飞控控制律的要求却很高,研制长寿命、高可靠性、轻重量的矢量尾喷管并不容易。

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下面就来盘点一下形形色色的矢量尾喷管。

这种独特的俄式“关节式”矢量喷管依靠印度苏-30MKI项目的投资逐渐成熟,成为俄制推力矢量发动机的主流尾喷管。除AL-31FP外,还装备了AL-41F-1S和“产品30”两种战斗机发动机,其中AL-41F-1S是苏-35战斗机的动力装置,而“产品30”将安装苏-57生产型。

矩形二元矢量喷管

目前安装AL-31FP的苏-30MKI/MKM/MKA/SM的订单总数量已经超过550架,AL-31FP也积累了庞大的装机数量和飞行小时,并未暴露出明显缺陷。那么俄罗斯苏-30SM换装117S发动机,如此大动干戈意欲何为呢?

在20世纪80年代末的F-15
STOL/MTD项目的第二阶段,一架F-15B的标准圆形收敛-扩散尾喷管被矩形二元推力矢量/反推喷管取代。该喷管由普惠使用化学铣削、焊接蜂窝构件制造。喷管具有上下偏转片,用于调节喷口截面积或使喷流上下偏转各20度,并在喷管上下各有一组反推叶片。

首先是为了解决AL-31FP矢量喷管寿命短的缺点。根据俄罗斯厂家给出的数据,AL-31FP大修间隔时间1000小时,服役寿命2000小时,矢量喷管的大修间隔时间500小时。但印度空军在却屡次抱怨该喷管的实际使用寿命达不到预期,两次大修间隔时间仅为50小时,俄罗斯方面对此的解释是印度维护人员水平低下以及飞行员热衷与高难度机动表演,使尾喷管被过渡粗暴使用……

1989年5月16日F-15
STOL/MTD验证机进行了安装推力矢量喷管后的首飞。试飞表明推力矢量喷管能使起飞滑跑距离降低25%,反推系统则可让F-15降落在500米长的跑道上,在飞行中也可能用反推系统进行快速减速,这在近距离空战中非常实用。在试飞期间F-15
STOL/MTD进行了多次推力矢量起飞,抬前轮速度低至67.6千米/时,最短的降落距离低至416米,而标准F-15的降落距离为2286千米。

AL-41F-1S发动机(产品117S)作为AL-31FP的深度改进型,加力推力增加了16%,服役寿命从2000小时提高到4000小时,推力矢量喷管寿命也有所增加,换装该发动机之后将大幅改善苏-30SM的可维护性能,提高机队妥善率。

普惠随后根据F-15矩形二元矢量喷管的研制经验,为YF-22/F-22研制出了实用化的矩形二元矢量喷管。在全权限数字发动机控制系统的控制下,F-22的收敛-扩散喷管可以向上或向下偏转达20度。尾喷管不仅提高了F-22的敏捷性,还降低了飞机喷气系统的雷达和红外特征。

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铁幕另一边的苏联也没有闲着。

其次,苏-30SM换装AL-41F-1S发动机最大的意义还在于让俄罗斯空天军装备的苏-30SM与苏-35S两种战斗机在发动机上实现统一,通过单一发动机来源来降低后勤和维护成本。

1989年,留里卡-土星科研生产联合体和苏霍伊设计局把苏-27UB侧卫-C战斗教练机蓝色08号改装成推力矢量技术测试平台。该机在改装了左侧发动机舱后,装上了尾部呈楔形的矩形二元矢量喷管,被称为LL-UV,即俄语推力矢量技术测试机的缩写。与F-15S/MTD不同的是,LL-UV的右发保留了标准轴对称喷管。LL-UV的试飞肯定了矢量喷管的价值,对飞机敏捷性的改善符合预期。

虽然俄罗斯厂商宣传AL-41F-1S发动机在安装点和接口上完全兼容AL-31F系列,可是想老旧苏-27/30的无缝升级。但该发动机毕竟和Al-31FP是两种完全不同的发动机,并不能通过简单更换进行升级,其中最大的问题在与尺寸和重量。AL-41F-1S发动机通过增大风扇的方式来提高进气量,因此其进气口直径从AL-31F的905毫米增加到932毫米,需要修改苏-30SM的进气道,其次AL-41F-1S发动机的干重量要比Al-31FP增加66千克(1570千克
VS
1636千克),两台就是132千克,换装后将会导致飞机重心后移,这也是需要解决的问题。

推力矢量偏流板

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1987年美国NASA启动了F-18 HARV研究项目,给F-18
840号研究机尾部安装了推力矢量偏流板,每台发动机安装了一组3片勺形扰流板。在大迎角常规控制翼面失去作用时,推力矢量装置还可以可提供俯仰和偏航力矩。为了缩短扰流板所承受的力矩,NASA去掉了840号机的尾喷管,使该机无法进行超音速飞行,但对亚音速性能没有任何影响。飞控计算机也经过修改以兼容矢量扰流板。

考虑到俄空天军目前装备的苏-30SM都是近几年才出厂的新机,其AL-31FP发动机还有较长的服役寿命,所以唯一可能换装AL-41F-1S是俄国防部在刚刚结束的“军队-2018”国际军事技术论坛上宣布订购的新一批36架苏-30SM。苏-30SM的机身寿命为3000小时,高于AL-31FP发动机,所以之前交付的老苏-30SM大概只会在以后的中期寿命升级中换装新发动机了。返回搜狐,查看更多

凭借矢量推力,F-18
HARV达到70度的最大稳定飞行迎角。大迎角滚转最大迎角达到65度。

责任编辑:

在同时期美德合作的X-31研究机项目中,矢量偏流板再次现身。该机在通用电气F404-GE-400涡扇发动机尾喷口处安装了三片推力偏流板,可作正负10度的偏转,并能长时间承受最高1500度高温。X-31用来验证推力矢量技术结合先进飞控系统的可行性,用推力矢量技术和鸭翼来实现常规飞机无法完成的大迎角机动。

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