空中作戰環境的日趨惡化,就對戰機的技、戰術性能,如超機動 性、垂直、短距快速起降性能,隱身性能等提出了更高的要求。為了 適應現代空戰的需要,戰機必須在設計中採用相應的高、新技術來提 高和改善現代戰鬥機的技、戰術性能,其中釆用推力矢量控制技術就 是一項提高戰鬥機技、戰術性能的主要技術。

矢量技術的發展
推力矢量控制技術亦稱 推力轉向技術,它通過控制發動機尾噴流方向來控制飛機機動飛行, 即它可補充或取代常規飛行控制面產生的氣動力來對飛機進行飛行控 制。戰鬥機採用推力矢量控制技術後可顯著提高戰鬥機的機動性,垂 直、短距起飛等技、戰術性能
這種技術早在40年代初已經使用,不過是 用在火箭上,而不是飛機上。例如第二 次世界大戰後期德國轟炸英國倫敦的V- 2火箭就已經在火箭噴口處裝有可控折流 片,利用噴氣流的偏轉來操縱火箭的飛 行軌跡。直到現在,有些新 式空空導彈,如俄羅斯的 R-73和法國的「米卡」都 採用類似方法來提高導彈的 機動能力。

一般戰鬥機依靠各種舵面控制飛行方向,在大仰角和超音速機動等條件之下,舵面控制方向的能力受外界氣流氣壓等因素的影響,會受到一定程度的影響,如果藉助於矢量噴管,那麼戰機飛行姿態將會得到非常細緻的調整,即使是十分機動的動作也將有可能完成。這也是為什麼科學家會把矢量技術運用在戰鬥機上的主要原因。
F22戰鬥機作為美國空軍主力隱形戰機,是世界上第一款服役的五代戰鬥機,具備超音速巡航、超視距攻擊、隱形和超機動性。F22裝備的F119發動機就是一款二維矢量推進發動機。

美國採用矢量技術之後發現,除了可以提高戰鬥機的機動能力,還可以增加戰鬥機的隱身性能,我們知道飛機的垂直尾翼是一個主要的RCS源,尤其在受到雷達 波的側面照射時,其垂尾產生的RCS值甚至比正前方或正後方高3- 4倍,這對提高飛機的隱身性能非常不利。但是美國在X-3I驗證機試 飛時發現,推力矢量控制可以全部或者大部分代替垂直尾翼的作用。
除此之外,採用二元噴管推力矢量的飛機,由於其噴口距飛機重心遠,推力 矢量能提供較大的縱向操縱力矩,並且不隨迎角變化。在二元噴管推 力矢量用於橫f向操縱時,低速操縱效率可提高一倍,大迎角時尤 為顯著,非常有利於飛機的亞音速和超音速機動能力的提高。

中國矢量技術逐漸成熟
目前中國太行發動機已經造出了三元和二元矢量推力噴管型發動機,事實上,早在前幾年,楊偉院士當年在接受採訪時,非常有底氣地表示。我們有矢量發動機了,而且完全自主。在極端的氣流情況下,飛機氣動能和發動機得到良好的匹配,這項技術(推力矢量技術)是一個通用技術,所以一旦任何一型飛機需要應用的該技術的時候,我們都會毫不猶豫地把這項技術應用在新的飛機上。

二元矢量技術和三元矢量技術各有優劣,二元系統的發動機尾噴管只能作上下擺動,高溫高壓燃氣也只能改變上下方向,二元矢量的技術最大優勢在於隱身性能好,對於噴氣式發動機的渦輪葉片有遮擋作用,並且可以降低紅外特徵,降低後機身阻力。

三元系統的發動機最大的特點是發動機尾噴口和發動機是球形鉸接,噴管可360度全範圍偏轉,可作全方位擺動,高溫高壓燃氣也因此能全方位改變方向,能給飛機帶來非常好的機動性,但是為了顧及到多元噴口,就不能對發動機的噴口進行遮掩,這樣就犧牲了部分隱身能力。
現在,殲10B戰機就裝置了矢量發動機,安裝了矢量尾噴口發動機的殲-10B戰鬥機可以展示「眼鏡蛇」機動、「落葉飄」等高難度機動飛行動作,殲-10B所採用的是一種全向軸對稱矢量噴管,也就是三元矢量技術。這也說明了我國推力矢量發動機也逐漸在成熟,產量也在逐漸加大,性能也在逐漸優化,而矢量發動機的應用也將大幅度提升戰鬥機的機動性和戰鬥力。

在被問到「殲-20未來是否會換裝矢量發動機」時,楊偉表示,「你的問題是什麼時候可以用上,但你怎麼知道沒有用上呢?」 那這是不是意味着殲20或換裝二元矢量發動機,那能否完全超越美國F35?
中國目前的氣動布局,已經是最優解
其實目前殲20的氣動布局設計,是不需要使用二元矢量發動機的,這也是為什麼殲-10B戰鬥機已經採用矢量發動機的情況下,殲20的進化方式向雙座版發展,也就是中國獨創的殲20指揮無人機作戰。
楊偉總師的意思更多是,矢量技術我們已經很成熟,我們的殲20上也可以使用矢量技術,但這不代表我們就一定得用。

我們從楊偉總師的另外一個採訪就可以看出,他表示,在極端的氣流情況下,飛機氣動能和發動機得到良好的匹配,這項技術(推力矢量技術)是一個通用技術,所以一旦任何一型飛機需要應用的該技術的時候,我們都會毫不猶豫地把這項技術應用在新的飛機上。
也就是說當戰鬥機需要採用這項技術的時候,才會去採用。
事實上,中國殲20獨創了升力體邊條翼鴨式布局,同時採用鴨翼和機翼前邊條 , 不僅保持了分別使用兩種增升裝置時的增升效果 , 還可以得到更高的升力係數 。這說明在鴨翼、前邊條和機翼三者之間產生了某種有利的耦合作用。翼身融合的升力體布局 , 可以利用機身產生升力 , 並以較小的阻力代價增加內部容積、改善隱身特性。

在採用鴨翼的情況下,殲-20翻轉鴨翼90度的動作,以及垂直尾翼大角度翻轉的動作,美國目前沒有任何一款戰機能做到。
這是中國的獨創設計,目的是通過全新的氣動布局,實現殲20隱身性能,大航程,突出超音速機動性能,高度信息化、全向威脅感知能力和強化過的多頻譜隱身能力。
美國F22之所以採用矢量發動機,根據成飛和南航發佈的一篇論文,他們建立了F22的模型,進行計算機流體力學仿真,得到的結果是邊條渦流和外傾雙垂尾的矛盾依然存在。
也就是說邊條翼雙垂尾布局方案,在大迎角飛行條件下其垂尾會經歷比較嚴重的抖振;同時,垂尾的存在會明顯降低最大升力,伴隨產生不利的抬頭力矩。 這也是為什麼F22需要採用矢量發動機來彌補F22機動性能不足的原因。

但是殲20所採用的氣動布局已經達到了最優解,事實上,這世界上沒有完美的飛機 在飛行器的各個部位因為遇到的各種問題進行各種取捨是再正常不過的。而採用矢量技術,反而會降低這種殲20的推力。
當然,隨着矢量技術的不斷發展,以及殲20的不斷升級,或許在未來,的確會出現採用全新矢量技術的殲20發動機。

從這我其實已經回答了這個問題,二元矢量技術對於目前的殲20來說並不是錦上添花的事情,所以這個問題自然也就不成立。
事實上,F22、F35、殲20作為第五代戰機,都各有優劣,關鍵看研發人員更側重戰鬥機的哪方面性能。
正如外媒評價的那樣:
在先進的全向傳感器和體系化作戰的數據鏈的支持下,配合目前世界上動力性能最好的遠程空空導彈9,再加.上優異的高速性能殲 20很可能是世界上BVR能力最強的戰鬥機,其中優異的氣動設計功不可沒。
參考資料:
桑建華:《飛行器隱身技術》
宋文驄:鴨式布局飛機的發展