向量喷嘴

一种飞机使用的推进技术

向量喷嘴，为一种飞机使用的推进技术，早期此技术大都用于垂直起降战机上，至1980末期后开始在普通战机上广泛应用。

技术介绍

飞行物体的推力是一种有强弱与方向的动量，而此种含强度与方向的动量即称为向量。旧型飞行器（飞机、导弹）的推力因受限于传统推进器喷嘴的限制，使喷射气流只能与飞行器中轴呈平行，并靠反作用力使飞行器往正前方移动而无法变换方向；而现代航空科技积极发展的向量推力技术，即是利用控制推进器喷嘴偏转而达到改变喷射气流方向并进而使向量改变，而此种可调整向量的技术就称为向量推力控制（TVC，Thrust Vector Control），而此种推进方式通称为向量喷嘴，目前设计中或问世的第五代战机多均已采此种新技术。

比较未装设向量喷嘴与装设的飞行器，未装设的飞行器因推力与中轴线平行，因此推力仅能提供向前的加速力，若强行进行高攻角动作则会使总推力无法平衡，造成失速；反观采用向量喷嘴的飞行器，能够透过喷嘴的偏转而使部分推力方向改变，进而控制飞行器的姿势，使飞行器的面对角度可与前进方向不同。

透过持续控制并微调向量喷嘴，使推力不通过飞行器的重心，飞行器可进行低速率、高攻角这类在传统推力方式下必定失速坠毁的高级动作，此时向受控制的量喷嘴能够持续提供足够的平衡推力，只要机翼还有足够的升力，飞行器就可以维持可控制的失速飞行；同时，向量喷嘴亦可在起降时提供额外的向下推力，使飞行器达到短场起降（STOL）甚至是垂直起降（VTOL）能力。

瓶颈

向量喷嘴技术的最大的考验在于喷嘴偏转部分的高温问题，因推进器产生的超高温气体往正后方，直接接触的就是阻挡气体的喷嘴偏转部分，持续的高温及高压会对材质造成损伤，并失去向量喷嘴效果；目前的解决方式是采用耐高温材质，并在喷嘴内部设计散热孔及在喷嘴略前方设置进气孔导入冷却气流。

与飞机的结合

B-2幽灵式(Spirit)隐形轰炸机是全世界第一种实用化的飞翼设计隐形战略轰炸机，而其下机身延伸过喷嘴的设计可以完全避免地面直视，或降低侧面直视喷嘴的机率，同时这种设计也能让气流与发动机废气融合，藉此降低红外线信号。在喷嘴后方的蒙皮，采用的是含雷达波吸收材料且低磁性的钛合金与陶瓷材质，能使对方雷达难以从后方侦知B-2的存在。

F-22猛禽式(Raptor)战机是全世界第一架第五代战机，同时也是结合隐形、机动性与超强航电于一身的工程杰作，而它的普惠 F119发动机尾端采用的是二维矢量喷嘴，不仅能让F-22在低速时具备超强的机动性，也能有效遮蔽红外线信号散逸，同时也将后燃器所使用的燃料喷洒器整合在内，进而取代了传统的燃料喷洒杆。此外，其向量喷嘴板完美地融合进机体的曲线，且内部有小型孔洞，能够强化气流对于散热的效果。

F-35闪电II式(Lighting II)使用的是普惠F135发动机，同时也是世界上推力最大的战机发动机。在普惠设计这款F135，除了让它具备超强推力和媲美F119的低讯号散逸性外，同时也旨在降低其维护成本，而从外观上，有别于F119的两片式二维向量喷嘴，F135的喷嘴是由两组15片几何造型的内、外板块所组成。据普惠表示，被昵称为“尾羽”的外板能够包覆内层喷嘴，并让喷嘴外观保持光滑，从降低雷达波反射。

此外，这种喷嘴设计也能主动地创造涡流，并达到加速冷却喷嘴的效果，而在外板之间还有一个与喷嘴同轴的管道，其原理很可能为将气流直接导向热废气排气管，并加速热废气与冷空气的混合，以此降低红外线讯号。

应用

向量喷嘴提供了飞行器高攻角与可控制的失速后动作，使飞行器有极大的空战优势，例如航空界著名的眼镜蛇动作等超高难度动作皆可运用适当的控制向量喷嘴而较易达成，以往飞行器要进行大角度转像甚至是闪避动作时得需要以高速转弯达成，而这会造成过大的G力，运用向量喷嘴即可以较短时间与较低速度查达成，所造成的G力亦较低。

同时向量喷嘴能提高空气力学效应，相对的可使主翼及尾翼小型化，机体总重量因此而能降低，且翼面缩小即代表雷达反射面积缩小，使得匿踪性提高，总和增加作战力。

而采用向量喷嘴的导弹也因不需考虑轨道转角问题，故可采用垂直发射，减少发射器所占空间并增加隐匿性。

目前分为二维向量喷嘴及三维向量喷嘴，前者只能向上下偏折，后者则是可以向上下左右的任何方向偏折。

新一代战机为了提高机动能力而开始引入此技术，例如美国的F-22与F-35、俄国的Su-30及Su-37和Mig-35，不过仍有部分战机设计师倾向以先天气动构型来增强飞机的机动性而非用向量喷嘴这种后天强化方式来做补救。

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