歼20矢量喷管的最新进展,停产传闻不攻自破
下面是2014年西工大一篇对比各种类型矢量推力技术的论文截图,表格中列出了对不同喷管方案的优缺点评估。左边第一列的2DCD是F-22那种二元喷管,第二列SCFN是苏-35那种带球面偏转环的喷管,AVEN是矢量特性优异的轴对称全向喷管。
从表中的评估结果来看,AVEN各项指标的评分较高,总分排名第一(680分);FIVN的技术更先进、重量和成本更优,但可靠性不及AVEN,技术风险更是各方案中最差的,所以有待于进一步完善之后有可能用于下一代战机,目前四代机采用轴对称的AVEN方案是最佳选择。
下面就来具体介绍轴对称的AVEN。下图是有关AVEN的论文截图,图中标注的“10”实际上不是喷管内部的收敛扩张片,只是“外调节片”,相当于喷管的外部片状蒙皮,并不接触火焰。因此以它的外形像AL-31为依据,是不能歼-20的发动机是AL-31。
下图这种矢量喷管的特点是有两个偏转环(A8和A9),所以有相对应的两组液压作动筒(图中的“2”和“3”)。靠外侧的A9偏转环是由三个呈120°分布的作动筒控制,这个在上篇已经画图介绍过,三个作动筒同步运动能改变喷口的直径,如果是差动则带动扩张片的偏转。
在内侧的A8偏转环是由五个呈72°分布的作动筒控制,带动喷管喉部收敛片的角度变化。A8和A9分别是3个和5个作动筒,所以歼-20的发动机喷口是15个外调节片。由于收敛段也可以偏转,使得后端的扩张段的偏转角度更大,这一点留待后面画图再详细解释。
下图是这种喷管的剖示图:比如图中最上层的A9环工作机理是:作动筒水平推 / 拉圆环结构,圆环再通过连杆来实现扩张片的偏转。比如作动筒向右推A9调节环,通过拉杆将扩张调节片向下压;如果图中底部的A9作动筒是同时向右运动,喷口的直径就是缩小;
如果此时底部的A9作动筒是反向运动,喷口就向下偏转。所以AVEN的喷口偏转时,喷口扩张片的角度分布不是围绕矢量轴对称,喷口平面不是正圆形。
图中靠内层的是A8环的控制机构,它没有拉杆,而是收敛片上有一个凸轮。A8环的偏转角度不同,环上的滚子与凸轮接触的位置就不同,导致收敛片围成的喷管喉部收敛或偏转。
下面两幅图是AVEN矢量喷口结构各部件位置的示意图,注意观察A8和A9调节环以及各自作动筒的相对位置。图中分别用绿色和红色方框标注。
下图中A9作动筒与其左右相邻的两个A8作动筒的距离(相隔的角度)不同,说明:(1)A9与A8作动筒的个数不相等;(2)A8作动筒的个数要比A9的作动筒多;(3)两个调节环是可以相互差动(异步)的,这样不仅比单环的喷口偏转角度更大,而且偏转更灵活(偏转的速率更高)。
下图是将喷管的其中一组收敛、扩张片放大,显示其偏转控制结构各部件之间的工作关系。图中用绿色和红色箭头分别表示A8和A9的运动方向,以及所带来的喷口收敛调节片 和 扩张调节片的偏转方向。
A9调节环通过拉杆带动扩张片偏转,这点从示意图上比较容易理解。那么A8调节环的偏转,又是如何通过凸轮带动收敛片的偏转呢?下图是这部分机构的三维模型图。
图中红色的A8环不动,每个收敛片有一个作动筒与A8环相连,通过绿色作动筒的水平伸缩,使得绿色滚子与黄色的半圆形凸轮的接触位置不同。如果接触点是在半圆的最高点,则收敛程度最大;如果接触点是在半圆的两端,则收敛程度最小。