¿Cuál es la diferencia entre un motor de vector de empuje y un motor turbofan? Soy un novato, por favor perdóname.
Intentaré hacerlo simple. ¡La dirección de inyección de una boquilla de motor general es fija! En otras palabras, sólo hay magnitud, no hay dirección, ¡es un escalar! La boquilla vectorial puede cambiar la dirección del spray, lo que significa que tiene tamaño y dirección, ¡es un vector!
La tecnología de vector de empuje se refiere a la tecnología que utiliza el componente de empuje generado por la desviación de la boquilla o el chorro de cola para reemplazar la superficie de control de la aeronave original o mejorar la función de control de la aeronave, y controlar el vuelo del avión en tiempo real. Su aplicación se basa en el desarrollo integral de computadoras, tecnología electrónica, tecnología de control automático, tecnología de fabricación de motores, materiales y tecnología.
La aplicación de la tecnología de vector de empuje a aviones militares recién diseñados y modificados en el próximo siglo es de hecho un avance tecnológico eficaz, que es muy eficaz para el sigilo, la reducción de la resistencia y la reducción de peso de los aviones de combate.
La tecnología de vector de empuje puede convertir parte del empuje del motor en una fuerza de control, reemplazando total o parcialmente la superficie de control, reduciendo así en gran medida el área de reflexión del radar sin importar cuán alto o bajo sea el ángulo de ataque; La utilización de esta parte de la fuerza de control para maniobrar aumenta la maniobrabilidad de la aeronave. Dado que la fuerza de control se genera directamente, el tamaño y la dirección son variables, lo que aumenta la agilidad de la aeronave, por lo que la cola vertical se puede reducir o eliminar adecuadamente, o se pueden reemplazar algunas otras superficies de control. Esto ayuda a reducir la detectabilidad de la aeronave y también puede reducir la resistencia y el peso estructural de la aeronave. Por lo tanto, utilizar la tecnología de vectores de empuje es la mejor opción para resolver conflictos de diseño. A lo largo de los años, Estados Unidos, Rusia y otros países han realizado una gran cantidad de pruebas de vuelo, lo que demuestra que la tecnología de vectores de empuje puede lograr el propósito previsto.
Después de que terminó la Guerra del Golfo en abril de 1991, el Pentágono gastó 50 mil millones de dólares para desarrollar un nuevo avión furtivo diferente del F-117 y adoptó tecnología de vectorización de empuje. Como resultado, el F-22 básicamente cumplió con los requisitos. Requisitos anteriores. La investigación rusa sobre la aplicación de la tecnología de vectorización de empuje y sigilo incluye: El MiG 1.44 puede cambiar rápidamente de dirección utilizando la fuerza de reacción del flujo de aire del motor en diferentes direcciones. En 1992, "Jane's Defense Weekly" afirmó que los rusos habían superado al F-117 y desarrollaron directamente un moderno avión de ataque supersónico, convirtiéndose en un competidor del F-22.
Dos. Clasificación técnica y su impacto en el rendimiento general del avión
2.1 Deflectores
A mediados de los años 1970, Wolfgang Herbers, diseñador de aviones de la empresa alemana MBB Herbers propuso mejorar la maniobrabilidad de la aeronave controlando la dirección del chorro en la cola del motor. En 1985, el Instituto de Investigación de Defensa Nacional de Estados Unidos y la empresa MBB realizaron conjuntamente un estudio de viabilidad. En marzo de 1990, la compañía estadounidense Rockwell, la compañía Boeing y la compañía alemana MBB desarrollaron y probaron conjuntamente el avión X-31, que estaba equipado con tres superficies de timón compuestas de fibra de carbono en la boquilla de cola del motor que pueden cambiar la dirección del empuje. respecto al eje del motor.
Desde 1993, 165438+octubre hasta finales de 1994, se llevaron a cabo una serie de batallas aéreas simuladas entre el X-31 y el F-18. El avión X-31 no utilizó tecnología de vectorización de empuje y el F/A-650. Cuando el X-31 utilizó tecnología de vectorización de empuje, el X-31 ganó 64 de 66 batallas[3]. Además, Estados Unidos instaló deflectores en los F-14 y F-18 para realizar experimentos.
En términos generales, la solución del deflector es instalar 3 o 4 paneles de cola en el exterior de la cubierta de cola del avión que puedan girar radialmente hacia adentro y hacia afuera. La rotación de los paneles de cola cambia la dirección del flujo de aire. la cola del avión para lograr la vectorización del empuje. La característica de esta solución es que el motor no requiere ninguna modificación y es apto para realizar pruebas en aviones existentes. Sus ventajas son una estructura simple, un bajo costo y cierto valor de investigación experimental. Sin embargo, su peso y tamaño total son grandes, y su eficiencia de vectorización de empuje es baja, lo que no favorece el sigilo de los aviones ni el crucero supersónico. Por lo tanto, es solo un esquema de verificación experimental para el desarrollo de la tecnología de vectorización de empuje.
2.2 Boquilla vectorial bidimensional
La boquilla vectorial bidimensional es la boquilla de cola del avión. Puede desviarse en las direcciones de cabeceo y guiñada, lo que hace que el avión produzca. movimiento vertical en las direcciones de cabeceo y guiñada. El momento adicional en el eje de la aeronave le da capacidad de control del vector de empuje. Las boquillas vectoriales bidimensionales suelen ser rectangulares o cuatro placas planas ajustables que pueden girar juntas. Los tipos de boquillas vectoriales bidimensionales incluyen: boquilla bidimensional convergente-divergente (2DCDN), boquilla de pendiente de expansión pura (SERN), boquilla bidimensional en forma de cuña (2DWN), boquilla de garganta deslizante (STVN) y paletas convergentes esféricas. Boquilla (SCFN).
Las investigaciones muestran que la boquilla vectorial bidimensional es fácil de lograr una vectorización de empuje. A finales de la década de 1980, dos aviones de combate estadounidenses previos al desarrollo, el YF-22/F119 y el YF-23/F120, adoptaron esta boquilla vectorial.
Las desventajas de la boquilla vectorial bidimensional son que la estructura es relativamente voluminosa y las características de flujo interno son deficientes.
2.3 Tobera vectorial axisimétrica
Al principio, la investigación sobre la tecnología de vector de empuje se centró principalmente en la tobera vectorial bidimensional. Sin embargo, a medida que la investigación se profundizó, se descubrieron las ventajas de la tobera vectorial bidimensional. Se descubrieron boquillas dimensionales. Hay muchas, y las deficiencias también son obvias, especialmente es muy difícil trasplantarlas a aviones activos. Con este fin, se desarrolló una boquilla de vectorización de empuje simétrica. GE comenzó a desarrollar boquillas de vectorización de empuje simétricas a mediados de la década de 1980. La boquilla desarrollada por GE se compone de tres actuadores de ajuste de dirección A9, cuatro actuadores de ajuste del área de garganta A8, tres mecanismos de soporte de anillo de ajuste, válvulas de control de boquilla y un conjunto de placas de sellado resistentes al calor.
2.4 Boquilla de vector de empuje de campo de flujo
La boquilla de vector de empuje de campo de flujo es completamente diferente de las boquillas de vector de empuje de accionamiento mecánico anteriores. Su característica principal es influir en el estado del flujo de aire principal introduciendo fluido secundario lateral en la sección de difusión de la boquilla, cambiando y controlando así el área y la dirección del flujo de aire principal y obteniendo así el vector de empuje. Su principal ventaja es que elimina muchas piezas mecánicas móviles para la vectorización del empuje, simplifica la estructura, reduce el peso de la aeronave y reduce los costes de mantenimiento.
Existen muchos métodos para realizar el control del vector de empuje del campo de flujo. Los métodos de investigación actuales incluyen los siguientes:
1) Control del vector de empuje del chorro. El flujo de aire se inyecta a través de uno o más orificios de la boquilla en la sección de difusión de la boquilla, lo que obliga al flujo de aire principal a fluir en la pared opuesta al orificio de la boquilla, generando así una fuerza lateral 2) Control del vector de empuje de reflujo; Agregue una chaqueta fuera de la sección de salida de la boquilla para formar una cámara de retorno. Cuando se requiere la desviación del flujo principal, el sistema de succión comienza a formar presión negativa, lo que hace que la desviación del flujo principal genere fuerza lateral. 3) Control vectorial de empuje combinado mecánico/fluido. A cierta distancia de la garganta, hay una o más pequeñas piezas de ajuste neumático giratorias, cuya longitud equivale al 15% -35% del diámetro de la garganta. La rotación está controlada por un servomecanismo y puede retraer la pared de la tubería en un estado no vectorial. La turbulencia del regulador desvía el flujo de aire y genera fuerzas laterales.
Entre estos dispositivos de vector de empuje, el esquema de deflector solo ha sido probado y verificado en X-31, F-14, F-18 y otros aviones, lo que demuestra que los aviones de control de vector de empuje son efectivos y no se utilizó más tarde. Se adopta la solución de tecnología de vector de empuje desarrollada. La tobera vectorial bidimensional es la más antigua investigada y la más madura técnicamente, y ha sido adoptada por aviones como el F-22. La investigación sobre la tobera vectorial de empuje simétrica fue un poco posterior a la tobera vectorial bidimensional, pero se desarrolló rápidamente y fue adoptada por el SU-35 y el SU-37. En comparación, la boquilla vectorial axialmente simétrica tiene funciones más superiores que la boquilla vectorial bidimensional y es más difícil técnicamente. Por lo tanto, el enfoque de investigación y desarrollo de varios países ahora se ha desplazado hacia la boquilla vectorial axialmente simétrica. Debido a su investigación tardía, la boquilla de vector de empuje del campo de flujo aún se encuentra en la etapa de investigación y exploración y todavía está a cierta distancia de su uso práctico, pero será la boquilla de vector de empuje más prometedora.
En tercer lugar, algunos efectos tácticos después de la aplicación de la tecnología de vector de empuje
Después de la aplicación de la tecnología de vector de empuje en los aviones de combate, los efectos tácticos han mejorado enormemente. Según la experiencia en aplicaciones y verificación de vuelos de Estados Unidos y Rusia, este es efectivamente el caso. La mejora en el efecto táctico de los aviones de combate se puede explicar desde varios aspectos:
1) Mayor movilidad y seguridad en el despegue y aterrizaje. Porque durante el despegue y el aterrizaje, la dirección de empuje se puede utilizar para aumentar la sustentación, acortando en gran medida la distancia de rodaje. Si se invierte el empuje, el efecto será más evidente, por lo que se reducirán las necesidades del aeropuerto y el avión será más maniobrable. Los requisitos climáticos también se pueden relajar. El avión no teme las interferencias de formación de hielo asimétrica, ráfagas y pequeñas tormentas. El impacto de los daños en el tren de aterrizaje también se reduce y la eficacia en combate mejora relativamente.
2) La capacidad de penetración, la flexibilidad, la tasa de supervivencia y la rapidez del ataque mejoran porque se reduce el área de reflexión del radar y se aumenta la movilidad. Esta brusquedad es valiosa. El general John M. Loach, comandante de la división de sistemas de aviación de la Fuerza Aérea, dijo que el 80 por ciento de los pilotos derribados en el pasado no vieron quién les disparó. La mejora en la tasa de supervivencia aumenta la confianza del piloto y el equipo de combate se puede reducir en consecuencia. La Fuerza Aérea de Estados Unidos planea reducir el número de aviones de combate en un 35%.
3) Si aumenta el alcance, aumenta el alcance de ataque o defensa. Después de utilizar la tecnología de vector de empuje, debido a la reducción del área del timón, se puede reducir la resistencia, se puede reducir el consumo de combustible y se puede aumentar el alcance correspondiente. Además, la reducción del peso de la cola puede conducir a una mayor reducción del peso total del avión, lo que puede aumentar el combustible y, en consecuencia, aumentar la autonomía.
4) Mejora la efectividad del combate cuerpo a cuerpo y abre nuevas tácticas de combate aéreo. La razón principal es que el ángulo de ataque controlable se ha ampliado enormemente, superando con creces el ángulo de ataque de pérdida, y se ha mejorado la capacidad de apuntar con el morro, lo que mejora el uso de las armas. Y un mayor control aumenta la agilidad. La gran velocidad de cabeceo permite al avión controlar rápidamente un gran ángulo de ataque, permitiendo que el morro se detenga con precisión en una posición donde pueda interceptar el objetivo. Al mismo tiempo, el ángulo de ataque se puede mantener y ajustar en tiempo real de acuerdo con el tiempo de permanencia requerido, apuntando el morro del avión hacia el objetivo, bloqueando y disparando, y luego empujando rápidamente la palanca para devolver el avión a un ángulo de ataque más pequeño (reducir y restablecer). Los aviones convencionales generalmente están restringidos a volar en condiciones muy por debajo del ángulo de ataque de pérdida.
5) Se mejora el rendimiento del ataque aire-tierra, se mejora la tasa de acierto y se mejoran las acciones evasivas después del bombardeo. más ágil.