近来，网络上有关歼20的消息越来越少，甚至有人怀疑是不是停产了？理由是歼20在等最能满足四代机性能的涡扇15发动机，有人看到某院士的一番话就望文生义的说歼20的涡扇15发动机还要再等3-5年，按照这个推理歼20很可能处于近乎停产的状态在等适合自己的先进四代发动机。
这种想当然的说法是没有任何根据，某院士说的是另外一种四代中推涡扇19发动机，与歼20已经用着的涡扇15根本不是一种发动机。
2018年珠海航展上，歼-10B成功换装矢量发动机，意味着中国已基本解决这方面的技术难题。在被问到“歼-20未来是否会换装矢量发动机”时，杨伟表示，“你的问题是什么时候可以用上，但你怎么知道没有用上呢？”这个回答赢得全场的热烈鼓掌。
杨伟院士认真严肃又不失幽默的回答，其实已经证实歼20装备的就是具有推力矢量喷管的涡扇15发动机，而涡扇15发动机在设计上本身就具备推力矢量，所以，歼20是不是停产等待发动机的谣言不攻自破。
上篇我们对比了F-22和苏35的二元矢量推力技术，也谈到欧洲的单环（两个半环）全向矢量推力技术。本期我们来探讨歼-20的双环全向矢量推力技术。
之所以拖了这么长时间，除了忙、主要是整理完图片，觉得要写的东西太过于技术化、比较枯燥，估计没多少读者愿意看，所以就一直拖着。本期笔者在文章最后画了一幅示意图，虽不完全准确，但可以简化该矢量技术的工作原理，希望能帮助读者更好理解“该独特技术带来的好处--------轻巧且偏转角大”。
在具体讨论双环全向矢量推力的工作原理之前，我们来看两幅歼-20尾部的拼图，它们的共同之处都是喷口的方向与歼-20机身的纵轴线不一致。（点击放大图片可能会看得更清楚） 6park.com

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有的读者可能会说，那是拍摄角度造成的视觉误差。没关系，信不信都不影响后面对矢量喷口的结构和工作原理的介绍，耐心看完总会有收获。 6park.com

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歼-20的总师杨伟院士在多个场合都表达过：歼-20是进攻性很强的武器，它是通过“进攻性”得到战场优势（下图）。要具备进攻性很强的性能，除了比对手有更高的敌我态势感知能力之外，还必须具备比对手机更高的机动性，以便更快占据攻击阵位。否则像F-35那样的机动性能，即使感知到战场态势也只能干着急。
鼎新的歼-20飞行员说过，一到超音速区就是歼-20的天下；换句更明白的话就是，在超音速区歼-20的机动优势超强，与三代机对垒时能利用自身的超音速机动性，在战场上完全占据主动权。三代机即使配上推力矢量，因气动和动力所限，也无法做到超音速机动。
由于国家对歼-20现在还处于保密阶段，在航展上能飞什么动作都有严格限制，更别说设计师和飞行员能随便泄密。所以他们面对媒体只能点到为止，正所谓“听话听音”，结合杨伟和飞行员的话，实际上是在强调：歼-20具备超音速机动能力；没有矢量推力的帮助，即使动力强劲也做不到“超音速机动”。 6park.com

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没有矢量推力的四代机是瘸腿的。矢量推力对四代机为什么这么重要。我们来看下面这个论文截图，图中的纵轴表示飞机所处的高度，横轴表示飞行速度。该图表示的是矢量推力在不同高度和速度区，所表现出的各种优点。
（1）缩短起降的滑跑距离，这点好理解，因为矢量推力增加了一个向上的分力，抵消一小部分重力，起降所需的最小升力比无矢量的要小，所以起降所需的最小速度较小，滑跑距离也就更短。
（2）在全飞行高度上，具有较高的瞬时转弯速率，说白了就是有很高的机动性和敏捷性。
（3）图中有几处都提到可以减少控制面的面积和阻力。如果是在较高的速度下，又要做到机动敏捷，那控制翼面的面积就要设计得较大，偏转的角度要大，两者都会大大增加飞行阻力。而且控制翼面的结构强度要大大增强，这样就增重还影响隐身。即使都做到了，也会因阻力过大很快降到亚音速区。
歼-20采用较低的垂尾、又具备高机动敏捷性能，装备矢量推力是原因之一。关于歼-20的尾部翼面在机动时的气动影响，有机会再画图细说。我们继续讨论矢量推力的优点。 6park.com

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（4）在低速区和超音速区改善发动机熄火的可恢复性，以及改出涡旋失速的可恢复性。因为涡旋失速时控制翼面不起作用，靠矢量推力能迅速改变飞行姿态。
（5）减少配平阻力，并放宽了超音速机翼的设计限制。这方面解释起来很复杂，我们只说最简单的。
飞机在未投弹和油量变化不大的状态下，其重心是基本不变的，但是在不同的飞行速度下，其升力中心是会前后移动的。战机要想提高敏捷性，都会把飞机设计成高不稳定性（飞机重心与升力中心距离较远）。
上述矢量推力的优点，在美国一篇关于F-15S/MTD机动验证机的试验论文里都有描述（下图），特别是“有利于超音速巡航”，为什么这么说？ 6park.com

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由于重心与升力中心不重合，而且升力中心会随着飞行速度不同而位移，这就需要对飞机进行配平。如果没有矢量推力，这个配平工作就全部由控制翼面来承担，而且整机的翼面设计只能偏重于照顾低速或高速，而无法做到两者都兼顾。这就是不同的三代机，都有其自身较弱势的速度区域的主要原因。
因为设计师在机翼设计时要突出某个速度的优势，必然无法兼顾相反的速度区域。如果有矢量推力，就可以承担部分配平工作，机翼以及各控制翼面的设计限制就会放宽。下图（上）是F-16矢量试验机的研究报告，在以1.8M.进行超音速机动时，使用矢量喷管可提升7%的转弯速率。 6park.com

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上图（下）是另一篇论文的配图，图中可知在超音速飞行时，升力中心是在重心之后。先看右边的F-22，此时它的尾翼需要产生一个向下的力来平衡，升力 — 配平力 = 重力，造成主翼的升力要大于重力。同一架飞机产生的升力越大，翼面的阻力也越大。
再看左边的歼-20，超音速时同样是升力中心在重力之后。由于前面有鸭翼，而且可以产生向上的配平力，这样的结果是：升力 + 配平力 = 重力，即升力小于重力，此时主翼的巡航阻力就较小（省油）。
由于歼-20鸭翼离主翼的距离比F-22尾翼离主翼的距离大，相同的配平效果由于力臂更长，所需的配平力就更小，因配平而产生的阻力也就较小（省油）。
所以在高速区域，歼-20具备多方面的优势：（1）省油，（2）较大机动时减速不明显；（3）矢量推力与鸭翼前后差动，带来更高的机动敏捷性，相比之下F-22和苏-57就没这个优势；（4）高速飞行时矢量的配平任务不重，又是全向偏转，可以迅速向需要的方向偏转，F-22和苏-35此时就要复杂得多。
高速飞行中能敏捷地改变飞行轨迹、以及机头迅速指向目标，这都是具有比对手更强空战能力的表现。下图是一篇分析三四代战机空战的论文配图，图的上半部分是四代机在不改变飞行轨迹的状态下，机头迅速转向、瞄准锁定目标。图的下半部分是四代机在感知对方的威胁时，通过矢量推力迅速改变飞行轨迹，摆脱敌机的跟踪瞄准。 6park.com

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前面说得可能有些复杂，没关系，只要知道一点就可以了。在飞行的全高度、全速度范围内，矢量推力都能起到独特的作用，尤其是在高速区域。没有矢量推力的四代机，无法发挥“超音速机动”的特点，只能算是一架隐形的三代半战机，最多也只是一架瘸腿的四代机。那么中国军方能让这样的歼-20量产吗？
下面是2014年西工大一篇对比各种类型矢量推力技术的论文截图，表格中列出了对不同喷管方案的优缺点评估。左边第一列的2DCD是F-22那种二元喷管，第二列SCFN是苏-35那种带球面偏转环的喷管，AVEN是矢量特性优异的轴对称全向喷管。
从表中的评估结果来看，AVEN各项指标的评分较高，总分排名第一（680分）；FIVN的技术更先进、重量和成本更优，但可靠性不及AVEN，技术风险更是各方案中最差的，所以有待于进一步完善之后有可能用于下一代战机，目前四代机采用轴对称的AVEN方案是最佳选择。 6park.com

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下面就来具体介绍轴对称的AVEN。下图是有关AVEN的论文截图，图中标注的“10”实际上不是喷管内部的收敛扩张片，只是“外调节片”，相当于喷管的外部片状蒙皮，并不接触火焰。因此以它的外形像AL-31为依据，是不能歼-20的发动机是AL-31。
下图这种矢量喷管的特点是有两个偏转环（A8和A9），所以有相对应的两组液压作动筒（图中的“2”和“3”）。靠外侧的A9偏转环是由三个呈120°分布的作动筒控制，这个在上篇已经画图介绍过，三个作动筒同步运动能改变喷口的直径，如果是差动则带动扩张片的偏转。
在内侧的A8偏转环是由五个呈72°分布的作动筒控制，带动喷管喉部收敛片的角度变化。A8和A9分别是3个和5个作动筒，所以歼-20的发动机喷口是15个外调节片。由于收敛段也可以偏转，使得后端的扩张段的偏转角度更大，这一点留待后面画图再详细解释。 6park.com

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下图是这种喷管的剖示图：比如图中最上层的A9环工作机理是：作动筒水平推 / 拉圆环结构，圆环再通过连杆来实现扩张片的偏转。比如作动筒向右推A9调节环，通过拉杆将扩张调节片向下压；如果图中底部的A9作动筒是同时向右运动，喷口的直径就是缩小；
如果此时底部的A9作动筒是反向运动，喷口就向下偏转。所以AVEN的喷口偏转时，喷口扩张片的角度分布不是围绕矢量轴对称，喷口平面不是正圆形。
图中靠内层的是A8环的控制机构，它没有拉杆，而是收敛片上有一个凸轮。A8环的偏转角度不同，环上的滚子与凸轮接触的位置就不同，导致收敛片围成的喷管喉部收敛或偏转。 6park.com

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下面两幅图是AVEN矢量喷口结构各部件位置的示意图，注意观察A8和A9调节环以及各自作动筒的相对位置。图中分别用绿色和红色方框标注。 6park.com

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下图中A9作动筒与其左右相邻的两个A8作动筒的距离（相隔的角度）不同，说明：（1）A9与A8作动筒的个数不相等；（2）A8作动筒的个数要比A9的作动筒多；（3）两个调节环是可以相互差动（异步）的，这样不仅比单环的喷口偏转角度更大，而且偏转更灵活（偏转的速率更高）。 6park.com

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下图是将喷管的其中一组收敛、扩张片放大，显示其偏转控制结构各部件之间的工作关系。图中用绿色和红色箭头分别表示A8和A9的运动方向，以及所带来的喷口收敛调节片 和 扩张调节片的偏转方向。 6park.com

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A9调节环通过拉杆带动扩张片偏转，这点从示意图上比较容易理解。那么A8调节环的偏转，又是如何通过凸轮带动收敛片的偏转呢？下图是这部分机构的三维模型图。
图中红色的A8环不动，每个收敛片有一个作动筒与A8环相连，通过绿色作动筒的水平伸缩，使得绿色滚子与黄色的半圆形凸轮的接触位置不同。如果接触点是在半圆的最高点，则收敛程度最大；如果接触点是在半圆的两端，则收敛程度最小。
如果几个作动筒是异步差动，那么各个滚子与凸轮的接触点就不同，这样每个收敛片的收敛程度就不同，使得收敛片围成的喷管喉部偏转。当然，这个A8环不动的模型是比较初级的方案，实际上是像上图那样，由五个作动筒带动A8调节环偏转，偏转环上的滚子通过凸轮带动收敛片偏转，这样的重量更轻。 6park.com

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如果对前面的叙述还不好理解的话，那么请看下面这幅示意图。紫色和咖啡色代表偏转的A8和A9调节环，它们分别通过黄色的凸轮和橙色的拉杆，带动每个收敛—扩展片向不同方向和角度偏转，使得发动机的喷流产生偏转。 6park.com

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由于多了一个A8偏转环，上图（上）中黑色粗线的收敛片也可以偏转，这样绿色粗线的扩展片就像一个跷跷板。根据现有论文显示：喷口的最大加力矢量角达到了21°，热态矢量循环数10026次。
如果只有A9偏转环，那么绿色的扩展片是整片绕着与收敛片链接的一端进行偏转，喷口的偏转角就不如双环结构的大，见上图（下）的偏转角对比。
最后把三幅不同的示意图拼在一起，就能更清楚两套作动筒、两个偏转环、对应的拉杆、凸轮、收敛和扩展片的位置，以及它们之间的联动关系。
总之，一个结论：歼-20采用的是目前世界上最先进而且成熟的、双环结构的全向矢量喷管，所以具备很高机动敏捷性。加上先进的战场感知能力，使得歼-20具有超强的空战能力。
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题图