不久前，殲-10B戰鬥機在中國國際航空航天博覽會上豔驚四座。它表演的赫伯斯特機動和眼鏡蛇機動等高難度動作，令在場觀眾激動不已。
作為我國首款單發推力矢量驗證機，殲-10B在「吸粉」無數的同時，也在客觀上成為「應用推力矢量技術的武器家族」中的一員。
縱觀武器裝備發展史不難發現，推力矢量技術從理論到應用的每次突破與進步，都與一些武器裝備的誕生與發展有所關聯。正因為有了在這些武器裝備上的一再驗證，人類對推力矢量技術的掌握和運用，才一步步走向成熟。
本期，我們就邀請「小火箭」聯合會創始人邢強博士和大家一起聊聊，盤點一下曾經應用過推力矢量技術的武器裝備。
「呆萌」立族 旁系壯大
從德爾塔飛艇到鷂式戰機
談起推力矢量技術的應用，很多人第一反應肯定是飛機，具體一點說，是擁有過失速機動能力的現代戰鬥機。但是，實際上，這項技術最早應用是在飛艇上。
早在100多年前，英國就在「呆萌」的德爾塔飛艇上嘗試過可以調節方向的推進式螺旋槳設計。可以說，這是推力矢量技術的萌芽。
「一戰」期間，英國製造了兼具偵察和轟炸功能的新式武器——九號飛艇。作為英國的首款硬式飛艇，它能夠以69千米/小時的速度飛行。
這艘飛艇由4臺180馬力的活塞式發動機提供推力。硬式控制室通過轉軸操控發動機，發動機則連接著碩大的螺旋槳。通過旋轉轉軸，控制室就能夠操控螺旋槳的法線方向，最終實現推力矢量操控。
當時的傳統飛艇，控制起降絕大部分是通過調節充氣量來實現，有的甚至還在採取拋沙袋、扔繩索的方法。九號飛艇則有所不同。在起飛階段，它能讓碩大的螺旋槳對地送風，加速起飛；在著陸階段，還可以通過對天空吹氣快速降高（這對飛艇來說至關重要，可以儘量減少暴露在對方防空火力中的時間）。這種能力，讓飛艇能夠在高空中穩住艇身，成為空中「航空母艦」。
不幸的是，九號飛艇命運多舛，英國軍方後來放棄了採購計劃。因為，英國軍方認為「一戰」最晚到1915年就會結束，而九號飛艇要到1916年初才能具備戰鬥力。
九號飛艇採購計劃雖然中止，但幸運的是，這種推力矢量技術被沿用了下來。不過，這次接棒的已不是飛艇「宗室」，而是飛艇的旁系「親戚」——飛機。
隨著羅爾斯·羅伊斯公司研製出飛馬座推力矢量噴氣式發動機，戰鬥機的發展便進入了一個新紀元。推力矢量技術第一次成功應用，是在英國研製的鷂式短距/垂直起降戰鬥機上。從此，推力矢量技術開始真正發揚光大，逐步推及鷂、海鷂、AV-8B等多個系列和類型。
該飛機家族的噴氣式發動機有共同的特點：擁有4個可以旋轉的噴口，前面2個噴出從壓氣機引出來的冷氣，後面2個噴出從燃燒室引出來的熱氣。在起降階段，噴口轉而向下；在平飛巡航階段，轉而向後。其基本原理，和「一戰」時期的九號飛艇如出一轍。
在此之前，美國面對蘇聯的壓力，也曾著手研發能夠垂直起降的戰鬥機，還一度嘗試過把飛機豎起來、給飛機捆綁固體火箭助推器等多種方法，但終究未能如願。
蘇聯則是在1971年，也就是鷂式飛機首飛成功4年後，其海軍首款實用型艦載固定翼戰鬥機雅克-38試飛成功。1987年，蘇聯研製成功了能夠超聲速飛行的雅克-141垂直起降戰鬥機。
接「二」連「三」 加速發展
從V-2飛彈到F-16戰機
推力矢量技術在垂直/短距起降戰鬥機領域的應用得到一致認同。這時，有工程師提出了新的理念：既然推力矢量技術能夠在起降階段幫助戰鬥機快速升空或者順利著陸，那麼在其他方面也應該能發揮作用。
第二次世界大戰期間，以「復仇女神」為名的V-2彈道飛彈，成為首次在實戰中廣泛應用推力矢量技術的武器。
4片燃氣舵在飛彈的液體火箭發動機工作時，浸潤在噴流中。來自自動駕駛儀的控制指令能夠讓這些燃氣舵偏轉至合適的角度，從而改變發動機噴流的推力方向。這種推力矢量技術，使V-2飛彈能夠在高速飛行狀態下調整飛行方向。至今，燃氣舵加推力矢量技術的配置依然在一些先進武器裝備上發揮著重要作用。
這項技術能否在水平方向上為戰鬥機提供加力呢？美國工程師率先進行了嘗試。
1975年，美國蘭利計算中心啟動二元推力矢量噴嘴項目。兩年後麥克唐納·道格拉斯公司加入，提供了2架F-15戰鬥機作為研究項目的飛行載體。其中1架，是該公司生產的第1架雙座型F-15戰鬥機。
在美國空軍攜大量投資加入的情況下，帶有二元推力矢量噴嘴的F-15戰鬥機很快完成首飛。
隨後，美國宇航局NASA將項目更名為F-15短距起降/機動能力驗證項目。隨著具備調節俯仰和偏航機動性的三元推力矢量噴嘴技術的突破，一架全新版本的F-15戰鬥機成功首飛。
這架F-15戰鬥機換掉了二元推力矢量噴嘴，在兩臺推力巨大的噴氣式發動機尾部，加裝了兩部普拉特·惠特尼P/YBBN三元矢量噴管。此外，它還擁有一對全動鴨翼，以及能夠配合鴨翼動作的尾翼。這種可以在20°範圍內任意調節推力方向的噴管和這些獨特設計，讓這架F-15戰鬥機擁有了超強機動性。
這架F-15驗證機的實用可控攻角為85.7°，在當時可以說難以想像。在大攻角飛行狀態下，傳統空氣舵面已經心有餘力不足，此時推力矢量噴管的強勢助力起到了雪中送炭的效果。
受F-15驗證機成功的鼓舞，通用動力、洛克希德·馬丁與美國空軍一起，啟動了基於F-16機體的推力矢量驗證機項目，並於1992年4月首飛成功。
此後，美國宇航局NASA的阿姆斯特朗飛行試驗中心，又對帶有三元矢量噴管的F/A-18大攻角飛行驗證機進行了飛行測試。這架F/A-18大黃蜂驗證機，能夠以70°的攻角持續穩定飛行，同時能夠維持65°的攻角持續滾轉，而量產版本的大黃蜂，只能達到35°。
科技助推 超常「機動」
從X-31驗證機到未來戰機
應用推力矢量技術的戰鬥機引人注目，但一位德國工程師提出的概念，讓一個新詞語進入人們的視野——過失速機動。
20世紀70年代，梅塞施密特集團的工程師赫伯斯特博士提出：未來，實施近距離格鬥的戰鬥機，如果能夠掌握這樣一種能力，將會在格鬥中佔據優勢地位。這種能力正是基於可以隨意調節發動機推力方向的裝置。
當戰鬥機的實際瞬時攻角大於失速攻角，其飛行速度遠低於巡航速度的時候，如果整機依然具備實用的操控能力，那麼就可以在無須耗費巨大能量、無須忍受巨大過載的前提下，實現戰鬥機的快速轉彎，使其機頭或者武器裝備迅速對準待射擊方向。這種機動能力，出現在失速速度和失速攻角之後，所以叫作：過失速機動。
赫伯斯特博士還給出了若干機動範例，其中最為有名的就是赫伯斯特轉彎。但是當時，軍方並不買帳，不少飛行員認為這種構想過於外行。
不過，赫伯斯特並未放棄。他得到了和美國宇航局NASA的合作機會。於是，X-31推力矢量技術驗證機橫空出世，並以70°的攻角進行了可控飛行。
這款飛機擁有3塊巨大的燃氣擾流板，能夠通過協同配合，讓發動機的噴流實現在俯仰和偏航方向的迅速偏轉。但實際上，整架X-31技術驗證機，除了尾部的擾流板和機內專門用於大攻角和過失速機動的制導控制算法之外，其他的零部件和分系統大多數用已有零件拼湊而成。
事實證明，這架由轟炸機、預研項目戰鬥機、現役戰鬥機、拆解的戰鬥機、公務機等多種機型零部件組合而成的X-31推力矢量技術驗證機，飛出了人類第一個赫伯斯特機動。這宣示著：過失速機動的時代到來了。
但是仍有飛行員認為，這種布局的飛行器偏航穩定性根本保證不了。在大攻角飛行狀態下，一旦偏航失穩，飛機就有墜毀的危險。在進行了一系列改良後，赫伯斯特和他的團隊把用於維持X-31驗證機偏航穩定性的垂直尾翼虛擬屏蔽了，飛機依舊起飛成功。即便是沒有了垂直尾翼，僅僅依靠推力矢量技術，單發噴氣式飛機依然具有偏航穩定性。
在拆除推力矢量擾流板的情況下，X-31驗證機與F/A-18「大黃蜂」的交換比為2.38∶1，這意味著X-31驗證機平均以己方2.38架的代價，才能擊毀一架大黃蜂。但裝回擾流板，恢復過失速機動能力的X-31驗證機與F/A-18的交換比變為1∶9.51。這次，是一架擁有推力矢量和過失速機動能力的X-31，能夠擊毀將近10架F/A-18。
如此明顯的數據讓各國再次把目光聚焦在推力矢量技術上。推力矢量技術也因此再次超常「機動」，在兵器研發方面走向兩大方向：一是先進的戰鬥機機動能力。二是可靠的運載火箭、彈道飛彈控制能力以及深空探測的自主著陸和起飛能力。
未來的推力矢量系統絕不會只局限於這兩大方向。它還會隨著該技術的不斷突破，變身為更多種類的武器裝備。
（部分圖片來源於網絡）
中國空軍網
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文章來源：解放軍報
本期編審：牛銳利
責任編輯：劉軍毅