微信號：小火箭
微信ID：ixiaohuojian
小火箭出品
本文作者：邢強博士
本文共10121字，100圖。預計閱讀時間：1小時5分鐘。
公元2018年的中國珠海航展上，一架殲-10B戰鬥機的亮相吸引了全世界的眼光。
那一刻，人類首款以在役戰鬥機為載體的單發矢量推力飛機向公眾揭開了她的神秘面紗。
本文，小火箭將要和大家一起，探討如下幾個專題：
第一，人類飛行器的推力矢量技術溯源；
第二，X-31折流板推力矢量技術驗證機；
第三，以F-15重型戰鬥機為載體的驗證機對推力矢量技術必要性的闡釋；
第四，二元推力矢量技術探討；
第五，軸對稱推力矢量技術探討；
第六，小火箭對殲-10推力矢量技術驗證機的氣動計算。
發軔
說起推力矢量技術，人們馬上就會反應到以赫伯斯特機動和眼鏡蛇機動技驚四座的擁有過失速機動能力的現代戰鬥機。
然而，對於以分析和挖掘技術本源為畢生追求目標的工程師們來說，找到一項技術的源頭並梳理整個體系的發展脈絡才是一件真正符合工程師精神的事情。
我們和小火箭一起，回溯過往，能夠從3個飛行器型號上找到矢量推力技術萌芽和發軔的印記。
今年（2018年）是第一次世界大戰結束100周年紀念。而矢量推力技術，正是在第一次世界大戰期間開始萌發。
為迅速取得西線勝利，德國總參謀長小毛奇決定採取施裡芬計劃，西線德軍不再去強攻駐有重兵防衛的德法邊境，反而欲取道盧森堡及比利時攻擊法國後方。
1914年8月2日德國出兵中立國盧森堡，力求速取盧森堡發達的鐵路網。8月3日德軍對比利時不宣而戰。僅6天時間，至8月9日，德軍就成功攻佔了比利時全境。
同時，迅速突進的德軍還將尚未反應過來的駐比利時的法軍全部趕回了法國境內。
1914年8月21日德軍分兵五路攻向法國北部，法國北部重鎮接連失守，曾驕傲無比的法軍被逼倉皇后撤。
9月3日，德軍已進逼巴黎，法軍主力被迫掩護要員緊急撤離巴黎，逃往波爾多。
9月5日，已無任何退路可言的法軍背水一戰，和前來馳援的英軍一起誓死抵抗德軍侵略。此役持續了7天。因主要戰爭發生馬恩河沿線，故史稱馬恩河戰役。
具備裝備優勢的德軍居然被英法聯軍所擊敗，被迫轉入戰略防禦狀態，其鋼鐵洪流首次受阻。法國人將此役稱作馬恩河奇蹟。
西線戰場從此轉為熬人的陣地戰。
法軍的傳奇總司令霞飛（早睡晚起，沒人敢叫醒他，人類歷史上最愛睡懶覺的元帥）制定了17號作戰計劃。他在法德邊境上集結了5個集團軍兵力，共70個師，計劃一開戰就一舉攻入阿爾薩斯和洛林兩省，奪回法國在普法戰爭中的失土。
在德軍猛攻比利時的同時，法軍向阿爾薩斯和洛林發起了進攻，雙方都進行了一場裡出外進的攻防戰。
1916年2月，第一次世界大戰的東線戰場的戰火稍歇。而求勝與求生的欲望同樣強烈的德軍並未敢有稍許的喘息，而是徑直把主力移到西線。
在西線，燃燒著怒火的法軍與德軍再次正面相遇，由此爆發了著名的凡爾登戰役。
凡爾登戰役是第一次世界大戰中破壞性最大，時間最長的戰役，戰事從1916年2月21日延續到12月19日，德法兩國投入了100多個師兵力。
凡爾登是法國東北部的一座美麗的小城，是德國通往巴黎的主要交通要道，有巴黎鎖鑰之稱。
另外，凡爾登是高盧民族的聖地，為保衛這裡，高盧先民讓凱撒也流出過鮮血，讓不可戰勝的羅馬軍團也吃過癟。（詳見小火箭的公號報告《深入探討|小火箭聊武器裝備的五項重要指標》。）
無論是從民族情感角度，還是從戰略層面考慮，法國都絕對不可能放棄凡爾登。而對這一點同樣非常清楚的日耳曼戰車，決定讓法國人為這個小城流盡最後一滴血。
在近一年的鏖戰中，雙方死亡超過25萬人，另有50多萬人受傷。從此，凡爾登戰役被凡爾登絞肉機這個更貼切的名詞所替代。
德軍無法攻克凡爾登，英國和法國的軍隊也沒法把德軍趕回老家。
凡爾登保住了，但是巴黎始終難以擺脫戰爭陰影的籠罩。
為改變這個膠著狀態，英國和法國向索姆河開動。
由此，索姆河戰役爆發。
在索姆河戰役期間，英軍的進攻方式，是利用徐進彈幕隨己方步兵推進而彈著點前移，步兵再以排成橫列的方式（戰列線）進軍。
然而，把戰爭工程學發揮到極致的德軍用機槍、火炮以及縱橫交錯的壕溝網組成了令人絕望的防禦火力，大量消耗著英勇無畏的英軍步兵的戰鬥力。實際上，索姆河戰役，雙方共傷亡130萬人，是整個第一次世界大戰期間傷亡人數最多的一次戰役。
英軍士兵的主要武器步槍對於德軍陣地的打擊程度非常有限，根本無法對德軍的機槍構成有效威脅。
然後，坦克登場了。
在這樣的新式武器的幫助下，英國和法國雖然付出了79.4萬人的代價，但卻把戰線前推了8公裡，令德軍回報以53.8萬條人命和240平方公裡的陣地區。
至此，馬恩河戰役、凡爾登戰役、索姆河戰役的背景介紹完畢。
第一次世界大戰，讓很多事情發生了根本性地改變。
小火箭認為，一戰之後，個人主義和集體主義之間的對抗，就再也沒有像這樣公開進行了。人類開始變得越來越依賴於群體。貴族精神和大師開始消亡，批量生產和管理哲學崛起。人類的工程化突飛猛進，而代價則是個性和個人英雄主義的淡化。
嘗到甜頭的各國軍隊，開始不惜一切代價地開發新式武器裝備，並且以極大地熱情促進其大批量生產。
公元1916年11月27日，就在索姆河戰役中，奮力躍出戰壕的英軍準備和即將退到邊境線的德軍拼個你死我活的時候，在遠離戰場硝煙的英格蘭西海岸，一個碩大無比的傢伙正緩緩升起，準備她的處女航。
其名為艇，其號為九，其體能飛，其艙容彈。
臨陣能遂行偵察，入境則可實施轟炸。
當日，其飛行的目的，則是驗證早期的推力矢量技術。
英國工程師們清楚地意識到，公元1916年1月29日，德軍那種叫做齊柏林飛艇的大傢伙對巴黎的首次轟炸，意味著人類戰爭的形態開始發生巨大變化。
1月29日的那次德軍飛艇對巴黎的轟炸，造成26人死亡，32人受傷。
雖然傷亡程度不大，但是這種直接對戰略大後方的人口密集地區的殺傷，才是大國之間相互鬥爭時最狠的手段。
小火箭曾回顧羅馬與迦太基的國運之爭，也曾試著以一名羅馬士兵的眼睛回望羅馬帝國的衰亡以及那宏大又血腥的地中海爭霸時代，那由國家支持的海盜從對方國家的沿海城鎮擄走居民，並迫使其親人支付巨額贖金來換回已成為奴隸的俘虜的做法，既殘酷又高效。
小火箭不禁有這樣的體會：要迫使一國臣服，不必毀其軍隊，只需讓其民眾失去最基本的安全感。
我相信，當時的英國工程師也會有類似的體會。
於是，他們也研製出了巨大的飛艇。
就像九號秘事成為了英劇的劇情擔當一樣，九號飛艇成為了第一次世界大戰期間，英國航空技術，尤其是航空飛艇技術的擔當。
雖然早在1912年，英國就在德爾塔飛艇上嘗試使用了將推進式螺旋槳設計成可以調節方向的設計。
這可以說是小火箭能夠找到的最早的人類軍用推力矢量技術的萌芽。
不過，九號飛艇可謂是英國在第一次世界大戰期間的一次比較激進的嘗試了。
她是英國首款硬式飛艇，同時也是人類最早嘗試用專門設計的系泊技術結合地面保障系統實施復仇女神式的報複式打擊的航空武器。
九號飛艇，長160米，直徑16米，可用升力3.9噸。
在4臺180馬力的活塞式發動機的推動下，飛艇能夠以69公裡/小時的速度飛行。
九號飛艇碩大的螺旋槳連在活塞式發動機上，發動機則通過轉軸連接到硬式控制室上。
通過旋轉轉軸，就能夠控制螺旋槳的法線方向，實現推力矢量操控。
在維克斯公司的試飛基地，（對！就是那個造飛機，也造軍艦，還造機槍的維克斯公司），九號飛艇表現相當良好。
這裡的風，力道足，持久力強，在大西洋上空，毫無羈絆，率性吹拂。在21世紀的今天，這裡已經成為了規模舉世矚目的英國沃爾尼國家海上風力發電場。
傳統飛艇，依靠調節充氣量，甚至是拋沙袋、扔繩索的方式來控制起降的狀態，而採用推力矢量技術的飛艇，在起飛階段可以讓碩大的螺旋槳對地送風，加速起飛，在著陸階段，則可以通過對天吹氣快速降高（這對於在前線陣地偵察的飛艇來說，至關重要，可以儘量減少暴露在對方防空火力中的時間）。
採用推力矢量技術的飛艇，能夠有效應對風力和風向的變化，同時還能夠實現當時工程師夢寐以求的快速起降。
同時，這種能夠在高空穩住艇身的能力，讓飛艇成為了空中航空母艦。
九號飛艇命運多舛，在第一次世界大戰之前，她就具備了飛行條件，但是當時英國軍方認為一戰最晚到1915年也就結束了，而九號飛艇需要到1916年初才能具備戰鬥力，於是放棄了採購的計劃。
到一戰期間，被德國的齊柏林飛艇炸醒的英國軍方，再次想到九號飛艇，但是戰爭卻真的臨近了尾聲。
1918年6月，一個炎熱的夏日午後，九號飛艇在總共完成了198小時零16分鐘的飛行測試後，被拆解。
不過，這種推力矢量技術還是被沿用了下來。
上圖和上上圖是美國海軍在第一次世界大戰結束之後研製的空中航空母艦。這種大飛艇身上到處都是九號飛艇的身影。
轉眼到了第二次世界大戰，以復仇女神為名的V-2彈道飛彈，成為了首次在實戰中廣泛應用推力矢量技術的飛行器。
V-2飛彈對現代運載火箭和彈道飛彈的啟發不僅僅在飛彈本身，其發射系統包括整個運輸與發射流程都對後來的火箭有重要的影響。這種水平運輸、垂直發射的模式，幾十年後，依然是彈道飛彈的主流。
1945年3月8日，一枚命中倫敦法靈頓市場的V-2飛彈導致380人當場死亡。
史密斯菲爾德是英國倫敦市西北部的一個地區，聖巴託羅繆醫院和一些同業公會位於此地，但最著名的還是要數當地的史密斯菲爾德市場了。這是倫敦僅存的從中世紀流傳下來的蔬菜肉類批發市場。 歷史上，有很多知名「異教徒」在此地被處死。二戰期間，德國將這一地區作為V-2飛彈的打擊目標，意味深長。
1944年，一組準備發射的V-2飛彈。
儘管當時盟軍為了穩定民眾情緒的需要，大幅貶低了V-2飛彈的作戰效能。但是，一些真實的戰場照片還是還原了部分真相。圖為1944年11月，一枚V-2飛彈命中倫敦東南部的一家商店後的場景。這枚飛彈使168人當場斃命。
1944年6月20日，一枚編號為MW 18014的科學試驗飛彈升空。飛彈沒有按照通常的彈道飛行，而是一直豎直向上，直至飛到176公裡的太空。
按照國際航空聯合會的規定，地面以上100公裡的地方為卡門線（為紀念錢學森的導師，JPL的首任主任馮·卡門博士）。超過卡門線再往上即為太空。
這枚沒有裝彈頭的V-2成了飛到太空的第一枚火箭，並完美地完成了一次亞軌道飛行。
10月24日，是個值得紀念的日子。公元1946年10月24日，二戰後的美國科學家從白沙飛彈靶場發射了一枚帶有照相設備的V-2彈道飛彈。
這枚飛彈在距離地面105公裡的地方，對準地球拍攝了影像。在這之前，人類的最高攝影紀錄為21公裡。
上圖就是人類第一次獲得的從外太空拍攝的地球的照片。如果火箭飛得再高一些，就可以直接用照片證明地球是圓的了（麥哲倫當年要是有這枚火箭就好了。）
能夠在高速飛行狀態下調整飛行方向，依靠的就是V-2飛彈的矢量推力技術。
4片由石墨製成的燃氣舵，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合適的角度，從而改變發動機噴流的推力方向。
這種矢量推力技術直接、可靠、有效，以至於很多人在早期甚至把矢量推力與燃氣舵技術等同了起來。
另外，V-2彈道飛彈作為人類現代彈道飛彈和運載火箭的鼻祖，很多設計都是比較優秀的。
小火箭通過計算後，認為，V-2飛彈的彈翼和彈體結合部位的設計非常優秀，即使在那個沒有計算機和非線性流體力學的時代，工程師們還是讓飛彈擁有了不錯的性能。
後來，有了擺動噴管技術，豐富了矢量推力的手段。
在人類還沒有把航空與航天割裂開之前，矢量推力率先在飛艇和飛彈上得到了成功的應用。
至今，燃氣舵這種矢量推力技術依然能夠在先進武器裝備上發揮重要作用。
上圖為國產外貿型遠程地對空飛彈FD-2000的尾部特寫。小火箭邢強攝於2018年11月。
FD-2000飛彈，是中國航天科工集團的飛龍（FD Flying Dragon）、飛獴（FM Flying Mengoose）、飛豹（FL Flying Leopard）、快狼（QW Quick Wolf） 4大主打外貿產品系列中的明星產品。具有多目標識別和打擊能力強、攔截距離遠、全空域覆蓋的特點，能夠幫助採購國構建一體化的多層次的現代防空系統，是居家旅行和國土防空必備的武器。
採購熱線：聯繫小火箭或諮詢中國航天科工集團各大銷售點。
中國航天科工建立了完整的防空飛彈系統、飛航飛彈系統、固體運載火箭及空間技術產品等航天防務裝備研發生產體系。
另，除4大系列外，中國航天科工集團還有野牛系列。B611MR，為戰術近程地對地彈道飛彈。這個B，就是野牛Buffalo的縮寫。
像AIM-9X這樣的空對空格鬥飛彈，對可用過載的需求比較高，因此其對矢量推力的重視程度也是相當高的。
至此，小火箭已經講述了九號飛艇和V-2彈道飛彈這2款型號了，那發軔階段的第3款是誰呢？
答：鷂式短距/垂直起降戰鬥機。
鷂式戰鬥機在1967年12月28日實現了首飛，並於1969年4月1日，人類登月那一年正式入役，成為人類首款具備垂直起降能力的戰鬥機。
小火箭認為，鷂的誕生，有三個契機：
第一，第一次世界大戰期間的九號飛艇，讓英國工程師對矢量推力技術念念不忘，並終究將其有助於提升起降性能的理念應用到了噴氣式戰鬥機上；
第二，羅爾斯·羅伊斯公司的設計師受到了充分的信任，能夠暢快淋漓地在飛馬座矢量推力發動機上發揮才能；
第三，人類進入冷戰時代，對於垂直/短距起降技術充滿嚮往，客觀上推動了矢量推力技術的發展。
有多嚮往？
小火箭舉幾個例子：
以上3張照片分別是康維爾XFY垂直起降技術驗證機的地面狀態、垂直起飛狀態和水平巡航狀態。
1954年，該機首飛成功。這是美國陸軍和美國海軍罕有的能夠坐下來好好談合作的一個項目（幾乎是僅有的）。
來自蘇聯的壓力，尤其是核壓力太大，美國陸軍方面擔心在機場被遠程轟炸機或者核飛彈摧毀後，自己會失去空中支援火力，因此決定自己出資採購一款不依賴於機場跑道的近距支援攻擊機；美國海軍則渴望擁有一款不依賴於航母甲板跑道的艦載戰鬥機。
康維爾這家研製了美國首款洲際彈道飛彈（垂直起飛）的企業，算是在航空領域也嘗試了一把垂直起飛。
類似的項目還有，比如上圖這架X-13技術驗證機。
同樣是在1954年，轟炸機也做了短距起飛的嘗試：
1954年4月15日，改進版本的B-47戰略轟炸機在30臺火箭發動機的輔助下實現短距起飛的場景。
沒有火箭助推的B-47，在滿載後，需要3170米的滑跑距離才能起飛，而帶有火箭助推系統的B-47則僅需2240米。
也就是火箭助推能夠縮短B-47戰略轟炸機30%的滑跑距離。
小火箭看到上圖，也還是捏了一把汗。要知道，B-47為了追求升阻比（我估算了一下，大概在20左右），硬生生把機翼設計得非常非常薄。
薄到什麼程度呢？連一塊像樣的機翼油箱都塞不進去。於是，B-47戰略轟炸機大部分的燃油都囤積在機身腹部（這個和我們人類的腹部很像），而火箭發動機也是在這個部分點火的！
太拼了！
對以上技術的詳細分析，見小火箭的公號報告《腦洞大開！小火箭講述火箭助推起飛簡史》。
人類工程師嘗試了把飛機豎起來、給飛機捆綁固體火箭助推器等等多種方法，終究不夠理想。
最終，還是羅爾斯·羅伊斯的飛馬座矢量推力噴氣式發動機把問題解決了。
鷂、海鷂、AV-8B家族的飛機，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，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並無本質差別。
鷂式飛機的可旋轉噴口特寫，其轉動角度從0°到大於90°。
鷂式飛機/AV-8B戰鬥機的出現，奠定了現代垂直/短距起降的工程基礎，成為了矢量推力技術在航空領域應用的成功案例。
蘇聯方面，在1971年，也就是鷂式飛機首飛成功4年後，蘇聯海軍首款實用型艦載固定翼戰鬥機，同時也是蘇聯第一款垂直起降戰鬥機雅克-38首飛成功。
有關該機，小火箭準備以後單獨寫一個系列。
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。
機動
可以說，矢量推力技術在垂直/短距起降領域的應用，很早就得到了共識。
然後，有工程師提出了這樣的理念：
既然矢量推力能夠在起降階段幫助戰鬥機快速升空或者順利著陸，那麼在平飛狀態下，如果同樣引入矢量推力的話，豈不是能夠提高戰鬥機的機動能力了？
這個理念，是可行的。
1975年，蘭利計算中心開始開展二元推力矢量噴嘴的項目。
1977年，麥克唐納·道格拉斯公司加入項目，並提供了2架F-15重型空中優勢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，足見公司對矢量推力技術的重視。
上世紀80年代初，美國空軍攜大量投資加入。
很快，上圖這架帶有二元推力矢量噴嘴的F-15戰鬥機就首飛成功了。
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。
1987年，同時具備調節俯仰和偏航機動性的三元推力矢量噴嘴技術突破。之前的那種只能夠在俯仰方向提供矢量能力的噴嘴被替代。
1988年9月7日，一架魔改版本的F-15在美國宇航局德萊頓飛行研究中心的乾涸鹽湖上空首飛成功！
和普通F-15不同的是，她擁有一對全動鴨翼，以及能夠配合鴨翼作動的尾翼，還有一對三元矢量噴管。
等一下！原來美國也搞過鴨翼？
嗯，是的。
可是，這對鴨翼怎樣看起來這麼眼熟？仿佛在哪裡見過似的。而且，要耦合一下子的話，這鴨翼的後緣為什麼非得還帶切角呢？
答：這對鴨翼，不是從頭設計的，是臨時拿來用用的，所以氣動方面沒有專門優化。另外，之所以看著眼熟，是因為這對鴨翼實際上就是F/A-18大黃蜂艦載戰鬥機的尾翼啊！
對比一下，可以看出F-15短距起降/機動能力驗證機的鴨翼其實就是從F/A-18的水平尾翼。
在兩臺推力巨大（單臺推力79千牛，帶加力129.7千牛）的普拉特·惠特尼F100噴氣式發動機尾部，兩部普拉特·惠特尼的P/YBBN三元矢量噴管清晰可見。
這種可以在空間20°範圍內任意調節推力方向的噴管，與那對碩大的鴨翼，讓這架F-15戰鬥機擁有了超強的機動性。
在傳統F-15戰鬥機可以打趣說F-15驗證機只不過是把別人家的屁股安到頭部，同時多了一對靈動無比的尾巴的小怪物的時候，數據來說話了。
（用一個年輕人用的詞，就是 吊打）
F-15驗證機的實用可控攻角為85.7°，這在當時可以說是難以想像的。
在大攻角飛行狀態下，傳統空氣舵面已經是心有餘而力不足的狀態了，此時矢量推力噴管的強勢助力則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、美國空軍一起，啟動了基於F-16機體的推力矢量驗證機的項目。
該機於1992年4月首飛成功。
上世紀90年代初，在美國宇航局NASA的阿姆斯特朗飛行試驗中心，帶有三元矢量噴管的F/A-18大攻角飛行驗證機正在忙碌地進行飛行測試。
在大量測試飛行之後，很多寶貴的數據被總結下來，由此促進了美國的先進非線性空氣動力學控制軟體的誕生。
帶有矢量噴管的這架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（實用作戰機動攻角），而量產版本的大黃蜂，這個角度是35°。
進入上世紀80年代，蘇聯留裡卡發動機設計局對軸對稱矢量噴管技術的研究也到了收穫的季節。
這設計局，小火箭得專門來一個系列以示敬意，本文只是先提一嘴。
博士
原本，本系列可以就此終結。
然而，一位德國工程師提出的那個概念，讓小火箭的本文實際上算是剛剛開始：
過失速機動
上世紀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，基於一種操控技術和可以隨意調節發動機推力方向的裝置。
這樣，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，那麼就可以在無需耗費巨大能量，無需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。
此機動能力，出現在失速速度和失速攻角之後，可謂之：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上圖所示的赫伯斯特轉彎了。
可惜，他提的這個概念，當時的軍方並不買帳。原因和今天的某些情況類似：
軍方的飛行員沒有認真讀博士的理論，同時他們認為，博士連飛機都沒開過，怎麼可能比他們更懂飛行，更懂空戰呢。
但是，赫伯斯特博士並未放棄。他找到了和美國宇航局NASA的合作機會。於是，一款用以驗證博士的過失速機動理論的驗證機誕生了！
X-31推力矢量技術驗證機，在1990年10月11日首飛成功。
通過十幾年的努力，從德國來到美國的赫伯斯特博士的過失速機動理論，終於等來了驗證飛行的機會。
X-31推力矢量驗證機
VECTOR（矢量）字樣，引入注目。
而視覺上，衝擊力更強的，則是她的3塊巨大的燃氣擾流板。
通過協同配合，3塊擾流板能夠讓發動機的噴流實現在俯仰和偏航方向的迅速偏轉。
X-31項目誕生不易。
實際上，整架X-31技術驗證機，除了尾部的擾流板和機內的專門用於大攻角和過失速機動的制導控制算法之外，鮮有從頭研製的零部件和分系統：
鴨翼是英國航空航天先進預研項目的成果（後來的颱風戰鬥機的鴨翼也是來自這個項目）；
進氣道和機翼氣動設計是德國TKF-90先進空氣動力預研項目的成果（後來的颱風戰鬥機也得益於此）；
前半截機身來自一架剛剛被拆解的F/A-18戰鬥機；
駕駛艙儀表、彈射座椅、座艙蓋還有發電機組，來自另一架被拆解的F/A-18戰鬥機；
矢量動力作動器，來自一架V-22魚鷹傾轉旋翼機的原廠件和維修廠的備件；
前起落架來自一架F-16戰鬥機；
主起落架來自一架塞斯納公務機；
前輪、方向舵踏板、主油泵來自另一架F-16戰鬥機；
前緣襟翼作動器，來自一架F-16XL技術驗證機；
應急空氣供應系統，來自一架F-20虎鯊戰鬥機；
後來，歐洲方面說，鴨翼的氣動和結構設計可以提供，但是控制系統給不了，於是，X-31團隊又找到B-1轟炸機團隊買了一套鴨翼控制系統。
公元1992年11月6日，X-31矢量推力技術驗證機以70°的攻角進行了可控飛行。
出於對鴨翼+矢量推力的自信，該機一開始就根本沒有考慮設計水平尾翼。
公元1993年4月29日，這架由轟炸機、預研項目戰鬥機、現役戰鬥機、拆解的戰鬥機、公務機等多種機型的零部件加上赫伯斯特博士的決心組合而成的X-31矢量推力技術驗證機，飛出了人類第一個赫伯斯特機動。
過失速機動的時代，到來了。
但是，傳聞總是比傳奇來得快一些：
有飛行員認為，這種布局的飛行器，偏航穩定性根本保障不了。在大攻角飛行狀態下，一旦偏航失穩，飛機就有墜毀的危險。
赫伯斯特博士團隊是這樣回應的：
沒有說一句話，只是，他們把用於維持X-31偏航穩定性的垂直尾翼虛擬屏蔽了。
然後，飛機起飛成功！在完成了大量機動飛行動作後，沒有垂直尾翼的X-31，無聲又有力地證明了推力矢量技術在偏航穩定性方面的可靠能力。哪怕是沒有了垂直尾翼，僅僅依靠推力矢量技術，單發噴氣式飛機照樣可以有值得信賴的偏航穩定性！
這段佳話，直接催生了美國宇航局NASA的X-36驗證機項目。
這是一架沒有傳統意義上的垂直尾翼的飛行器，只靠鴨翼和矢量推力發動機還有尾部擾流片來進行俯仰-偏航-滾轉控制。
在上世紀90年代的大量軍演對抗中，X-31推力矢量技術驗證機與在役版本的F/A-18大黃蜂艦載戰鬥機進行了多場一對一格鬥。
結果，小火箭拿到了統計數據：
在拆除推力矢量擾流板的情況下，X-31驗證機與F/A-18的交換比為：
2.38 : 1
也就是說，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。
但是，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
一架擁有推力矢量和過失速機動能力的X-31，能夠換將近10架F/A-18。
赫伯斯特博士的理論，終於在上世紀90年代得到了驗證。
2018年，珠海國際航展上，首次向公眾露面的殲-10B推力矢量機，也是通過赫伯斯特轉彎機動，向赫伯斯特博士致敬了。
計算
小火箭計算中心的＃2計算陣列的2018年最後一算：
殲10戰鬥機大攻角飛行狀態下鴨翼流場的超高精度計算。
在航展現場，彩色煙霧讓三角翼的流場比較可視化了，不過鴨翼的情況還有待計算。這裡，小火箭給出耗費大量時間得到的結果。
以小火箭獨有的方式來紀念在這一年裡離我們遠去的太多大師和太多好友。
對的，小火箭覺得，在珠海現場，等著鴨翼拖出的渦慢慢擴散，化作清風拂過臉頰的感覺真是美好。像曼妙少女溫潤的掌心，輕輕掠過卻不曾為任何人停留。
結束語
上圖從左到右：F/A-18大攻角飛行矢量推力技術驗證機，X-31矢量推力技術驗證機，F-16矢量推力技術驗證機。
蘇-35軸對稱矢量噴管
F-22戰鬥機的二元矢量推力噴管
未來的矢量推力技術，會帶人類走向何方？
小火箭覺得至少有兩大方向：
第一，可靠的運載火箭和彈道飛彈控制能力以及深空探測的自主著陸和起飛能力；
第二，先進的戰鬥機機動能力。
硬性指標：
1. 整個系統包括但不限於三個方向的加速度、角速度實現狀態全可觀測與全可控制，矢量推力系統和所有氣動舵面一起，實現閉環；
2. 在馬赫數低於0.2，攻角大於75°的時候，整機仍然具備足夠的操縱能力；
3. 發動機的推力足夠大，以至於再也不用依賴氣動，以犧牲隱身或其他性能指標為代價來勉強實現所需機動性能指標；
4.飛行員或者自動駕駛系統以及作戰策略，能夠適應未來的飛行速度方向快速可變的作戰環境。
就像小火箭相信，殲-10B矢量推力技術戰鬥機宣告了一個新的起點那樣，我相信，小火箭計算中心在新的一年也會努力堅持運轉下去，為好友們提供更多的第一手專業計算結果，展示科學和藝術融合之後的美好。
全文結束，感謝大家！
推薦閱讀：
《SpaceX可回收火箭技術與成本分析》
《小火箭講述人類軍用與商業航天發展簡史》
《腦洞大開！小火箭講述火箭助推起飛簡史》
《航空發動機！奮勇前進吧！》
《有關電推進發動機的幾個設想》
《衝壓發動機！不斷挑戰工程極限！》
《聊聊固體火箭發動機的推進劑》
《火神轟炸機：英倫設計的美學典範》
《F-14：那隻性感的大貓》
《你是否還記得那份渴望？》
版權聲明：
本文是邢強博士原創文章，騰訊獨家內容。歡迎朋友圈轉發。
微信號：小火箭
微信ID：ixiaohuojian
歡迎 加入 小火箭 ，進入航空航天大家庭！
針對iOS系統的打賞二維碼已經補充↑↑↑。
感謝您對小火箭的支持！
後註：再次懇請媒體、工程技術人員和科幻科普作家使用小火箭圖、文內容時，注意規範引用。
引用格式範例：邢強 . 小火箭 | 剖析SpaceX公司的最新版獵鷹運載火箭 [EB/OL] 2018 . 小火箭