珠海航展开幕在即，当前各个机型都已经抵达珠海，除了神秘的歼-20在远处的空军基地，珠海金湾机场最受瞩目的应该就是歼-10B。

　　抵达珠海的歼-10B配备了矢量发动机，这是国产矢量发动机首度公开亮相，歼-10B也因此被传出可能进行包括“眼镜蛇”机动在内的飞行表演。矢量发动机当然是好东西，歼-10B的矢量发动机在外形上与美俄都不一样，那么歼-10B的矢量发动机真是唯一么？今天，北国防务就再来说说这事。

　　△歼-10B使用国产矢量发动机在珠海航展上首度亮相

　　其实，歼-10B的矢量喷嘴设计看起来与以往美俄的都不同，但其实只是外面调节片的接法不同，他本质上就是藉由喷嘴扩散段的调整来实现矢量推力，与美国PYBBN、俄罗斯“克里莫夫”式喷嘴（米格-29MOVT、AL-31F-M1、第二阶段苏-57将使用的“产品30”所）一样，由于美国PYBBN最早用这个设计，所以我们用PYBBN来统称之。可以说，目前实用化的轴对称矢量喷嘴中，除了“留里卡”设计局的喷嘴（苏-30MKI、苏-35、苏-57第一阶段）是整个喷嘴一起活动的外，都是属于PYBBN式的设计。

　　PYBBN是用扩散段来调节，所以他的很多机构与原来的扩散段调节片是共享的，因此增重幅度很少。而“留里卡”式喷嘴是整个喷嘴一起活动，需要额外的制动机构，因此会增加长度与较多重量。以同样是在90年代问世的PYBBN与“留里卡”喷嘴来比较，PYBBN增重约40~50千克，“留里卡”喷嘴增重约100千克，但后者真正量产时将至动机构材料减轻并且让液压系统与燃油系统互通，进一步减少重量，只增重70千克，但还是比PYBBN重。

　　△世界上，除了苏-35（如图）、苏-30MKI系列和第一阶段苏-57，剩下的实用化矢量发动机都和歼-10B类似

　　另一个差异是活动角度与速度。同样是在90年代，“留里卡”式的是±15度，PYBBN可到±20度。活动速度方面，“留里卡”式是30度/秒，PYBBN是40度/秒。

　　这各方面数据看起来，PYBBN比“留里卡”更好。但这边都没提到超音速的问题。超音速时，喷嘴内气流就可能到超音速，PYBBN式的喷嘴在转向时，喷嘴截面很难维持圆形，而且改变超音速气流的方向必然会引发能量损失，因此PYBBN式喷嘴在超音速时效率较差，而“留里卡”式喷嘴的气流“感觉不到”喷嘴转向，所以超音速、亚音速都可以用。

　　△苏-57左侧正在测试的“产品30”在类型上其实与歼-10B相似

　　所以，如果涉及超音速运用，“留里卡”式比较好。但在重要性方面，亚音速时，有可能出现气动控制效率不彰的时候，这时矢量推力影响权重很大，例如失速后，气动控制面几乎无效，就可以完全靠矢量推力控制，有了矢量推力，可以在很低速甚至失速后控制，没有矢量推力，就等于少了一大块可控范围。反观超音速时，气动控制面一定可以控制，有矢量推力来加分很好，但就没有亚音速领域那种“救命丹”地位了。

　　说到这的话，如果你觉得比较模糊，我们可以先再温习一下喷嘴的一些知识。

　　△歼-11B的发动机进气道

　　发动机产生推力的机制简单的说，就是把气体吸入，然后给他能量往外推，然后获得反作用力成为推力。所以推力是来自“把气流加速推出去”。为了做到这件事，先用压缩、燃烧的方式来提升气流的压力与温度，也就是能量。气流流过燃烧室后，就会得到发动机要给他的能量，而这个能量主要是以压力与温度的形式呈现，如果没有转换成速度，也就是动能，就不会有推力。喷嘴的目的就是在“引导”这个高能量气流把能量转换成动能。其引导的原理就是用截面积的变化，气流在连续定律（也就是质量守恒）的制约下一定要顺着截面积变化加速，这就强迫温度与压力转换成速度，而产生推力。

　　亚音速与超音速气流的许多特性相反，亚音速时，截面积越小速度越快，超音速则是截面积越大速度越快。因此要让亚音速气流加速，截面积必须逐渐变小，也就是喷嘴必须收敛，反之要让超音速气流加速，喷嘴必须发散。

　　△在F-15测试的PYBBN矢量喷嘴，它开创了此类喷嘴的先河

　　刚离开燃烧室的气流速度非常小，所以离开燃烧室一定是用收敛喷嘴来加速。如果喷嘴会用到的最大速度还是亚音速，喷嘴就可以始终是收敛的。反之如果喷嘴气流会加到音速，为了进一步加速，就必须扩散。早期的喷气机音速速度不快，可以只用收敛喷嘴，但超音速战机，特别是速度1.5~1.8马赫以上时，就一定要用到收敛-扩散喷嘴，否则推进效率会变差。

　　PYBBN是在扩散段实现转向。亚音速时，扩散段叶片还是当成收敛叶片使用，里面气流是亚音速，这时改变方向没太大问题。要吹毛求疵的话，是此时系量控制段的截面积很难维持圆形，这使得气流的截面形状要改变，多少会损失效率，但这可以从机构设计着手，尽量维持圆形截面来减少推力损失。

　　△未来歼-20也装备国产矢量发动机后机动性能将进一步提高

　　比较麻烦的是超音速时，扩散段开始用扩散模式，这时扩散段的气流就是超音速流，而对超音速气流的任何扰动，包括截面积变化、压力变化、方向改变等，都会引发震波与剧烈的能量损失，而且在喷嘴这狭小空间里，不同部位的扰动的震波又会干扰，而震波干扰总是气动力设计上的难题。因此PYBBN式喷嘴不宜在扩散模式使用。

　　而“留里卡”式喷嘴是整个喷嘴一起活动，等于是气流刚离开涡轮时就先转向，因此不会扰动到扩散段气流，这样就可以在超音速模式使用。（作者署名：北国防务）

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