推力矢量
推力矢量（thrust vectoring；thrust vector control；TVC）是指飞行器将其推力从它的发动机平行方向引向其它方向的技术。推力矢量技术除了可以提供垂直起降或短距起降能力外，还能在空战中为飞机提供额外的机动力。推力矢量一般用可以转动的矢量喷嘴或者扰流片来实现。
此项技术广泛使用于火箭及导弹上。对于大气层外飞行的火箭和弹道导弹，空气动力控制面是无效的，因此推力矢量是姿态控制的主要手段。
技术
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推力矢量控制在推进系统创建推力时被使用，广泛应用于火箭及导弹上，与垂直发射系统息息相关。[1] 导弹改变飞行方向的能力称为可操纵性，而实现可操纵性则需要对导弹弹体施加操纵力矩以进行方向控制。通常情况下，导弹依靠空气动力和发动机产生推力或改变加速方向，从而获得操纵力矩。当导弹以相当快的速度在大气层内飞行时，使用空气舵即可产生足够的空气动力进行控制，但在空气稀薄的高空中缺乏空气动力，[2]此时便需要利用火箭发动机产生的推力控制导弹，即推力矢量控制。目前常用的推力矢量控制装置有燃气舵、摇摆发动机、摇摆喷管、二次喷气技术、微推力发动机和旋转弯管。[3]除了上述几种外，还有偏流器、延伸喷管等。它们的共同特征都是利用燃气动力来操纵导弹，在高空的飞行条件下有较好的适应能力。[4]
- 燃气舵
- 燃气舵是一种安装在火箭发动机喷管口燃气流中的舵面，一般用石墨材料制成，可根据需要偏转燃气流的流动方向，燃气流对舵面的作用力将使导弹绕重心形成操纵力矩，使导弹改变飞行方向。根据燃气舵的偏转角方向不同，可产生偏航、俯仰、滚动等不同方向上的力矩。[3]
- 燃气舵的优点是结构简单、操纵方便；缺点是阻力较大，燃气舵位于燃气流之中，因此使发动机的推力减少，早期使用此设计的导弹损失的推力约为3—5％。同时，燃气舵会受到高温高压的燃气流直接冲刷，而承受较大的烧蚀磨损，尤其是固体燃料火箭发动机燃烧产生带颗粒的燃气流。因此燃气舵常在液态燃料火箭发动机的短程导弹上使用。[3]
- 摇摆发动机
- 摇摆发动机是应用液体燃料的火箭发动机使用的一种操纵装置。通常这类发动机安装在导弹尾部万向节的铰链轴承上，当发动机运作时，发动机既可以摇摆动作，燃料也可通过特殊的软管从油箱输送到推力室。如此设计既可以产生推力，又可以通过将发动机偏转一个角度，产生使导弹绕重心转动的操纵力矩，从而改变导弹的飞行方向。[3]
- 摇摆喷管
- 采用固体燃料的导弹无法摇摆发动机，因此往往采用摆动喷管的方式操纵导弹。此设计的明显特征就是推力室本身不偏转，仅转动喷管的方向。如此在结构设计上就要求推力室与喷管之间以十分坚固且密封的活动关节相连，当喷管产生偏转，燃气流的方向就会相应地发生改变，产生使导弹绕重心转动的操纵力矩。[3]
- 二次喷气技术
- 二次喷气技术是在火箭发动机和喷管皆不摆动的情况下，利用气体或液体向推力室喷管处发射，改变燃气流方向，以产生控制力矩的一种技术。优点是结构上不需要特殊的活动关节及密封套件，但缺点是必须有盛装喷气气体或液体的容器，使导弹的结构加重。[3]
- 微推力助推器
- 当导弹的主发动机燃料耗尽而熄火时，为使导弹仍能稳定在弹道上飞行或是进行转向，而将额外具有产生少量推力的微推力助推器安装于弹体的适当位置上。只要启动这些装置，就可以随时调整和操纵导弹改变姿态和飞行方向。[5]
- 旋转弯管
- 在导弹的头部或尾部安装辅助发动机、压缩气体容器等。在导弹飞行过程中，其控制力矩可以由两对弯管喷管或几个侧向喷管来产生。[4]
参考资料
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[编辑]- ^ Committee on Appropriations & Subcommittee on Department of Defense 1984，第789页.
- ^ 朱一凡, 杨峰 & 梅珊 2007，第140页.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 朱一凡, 杨峰 & 梅珊 2007，第141页.
- ^ 4.0 4.1 朱一凡, 杨峰 & 梅珊 2007，第142页.
- ^ 朱一凡, 杨峰 & 梅珊 2007，第141-142页.
书目
[编辑]- 朱一凡; 杨峰; 梅珊. 导弹武器系统工程. 长沙市: 国防科技大学出版社. 2007. ISBN 978-7-810-99439-2 （中文（中国大陆））.
- Committee on Appropriations; Subcommittee on Department of Defense. Department of Defense appropriations for fiscal year 1984. hearings before a subcommittee of the Committee on Appropriations, United States Senate, 98th Congress, 1st session. U.S. Government Printing Office. 1984.
- Wilson, Erich. An Introduction to Thrust-Vectored Aircraft Nozzles. LAP LAMBERT Academic Publishing. 26 June 2013. ISBN 978-3-659-41265-3 （英语）.
外部链接
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