为什么F22起飞时屁股会瞬间上翘？
常规的航空发动机，其喷管是固定的，它只负责提供一个向前的推力。而更先进的矢量发动机，喷管可上下左右偏转。很多人熟知的是，矢量发动机能让战机进行各种超强机动，实际上，它的作用远不止这个。
作用一：短距起降
战机滑行起飞时，矢量发动机通过偏转喷管，可让战机提前抬起机头，从而让战机尽快离地，缩短滑行距离。
美国的试验机F-15S/MTD，其试飞结果表明,若起飞时利用推力矢量辅助起飞,可使该机的起飞滑行距离比常规F-15短38%。
为进行战机短距起降和机动性能技术的研究，美国曾将一架F-15B加装了矢量发动机，并命名为F-15S/MTD。矢量发动机采用矩形喷口，这跟现在的F-22喷口类似。
F-22的发动机使用矢量推力技术，这里可以通过一张动图来展示，它是如何缩短滑跑距离的。
图为F-22夜间起飞。拍摄于2016年4月11日。
请注意观察上面的动图，在F-22机头拉起前，尾部长而明亮的尾焰往上翘了一下，这说明，其发动机在滑跑阶段就已经开始发挥矢量推力的作用了。
此为尾焰上翘特写。
滑跑时，当F-22到达一定速度后，矢量喷管往上翘，尾焰也向上喷，从而给机尾一个斜向下的压力，于是就把机头给翘起来了。
矢量喷管跟尾翼是联动的。
作用二：利于战机隐身
图为无尾翼的X-31试验机。
上世纪九十年代，美国国防部资助X-31进行无尾翼控制研究。NASA使用矢量喷口控制X-31的偏航，在飞控软件的辅助下，X-31完成了1.2马赫的试飞。
矢量发动机不再只是提供推力，当其喷口偏转时，瞬间产生一个力矩，可控制飞机的俯仰、偏航、横滚等机动。如此，就能代替飞机上的一些固有结构，比如垂直尾翼。
战斗机的垂直尾翼和水平尾翼就像是角反射器一样，对雷达波的反射较强，这对战机的隐身很是不利。而矢量发动机对飞机的控制能力，现阶段它能减小战机尾翼的面积，而未来，它甚至有可能完全取代尾翼。
除了X-31进行过无尾翼的尝试，NASA和波音还共同推出了X-36技术验证机。
1997年5月17日,X-36成功地完成了首飞。
1997年10月30日，X-36在美国南加州沙漠试飞。
未来，当推力矢量技术取代飞机的尾翼后，那时的战机跟现在相比将变得更轻。最后，矢量发动机对战机隐身的贡献不仅是减小战机尾翼面积，从而减少雷达波反射面积，另外，矢量发动机的喷管还能遮挡尾焰的部分红外辐射。这也有利于战机的隐身。
图为跟F-22的原型机YF-22同台竞争，最后落败的YF-23。
YF-23也使用推力矢量发动机，从上图可以看到，其发动机尾部的设计对尾焰红外辐射具有很好的遮挡作用。
作用三：减少超音速巡航时的阻力
洛克希德公司设计的概念超音速客机。
协和客机，还有未来的概念超音速客机设计，它们的机翼和尾翼跟普通客机相比都很短小，因为在超音速巡航时，机翼和尾翼越是宽大，气动阻力上升得就会越快，从而让超音速巡航变得不可能。
而对飞机飞行姿态的控制主要由机翼和尾翼完成，减少了它们的面积也就意味着减弱了对飞机稳定性的控制。矢量发动机通过偏转喷管，让一部分推力转化为对飞机的操纵力，从而部分地代替了飞机机翼和尾翼的作用。
因此，矢量推力技术可让战机的机翼和尾翼设计得更小，这能有效减小超音速巡航时的阻力。
作用四：超强机动
近距离格斗时，战机的机动性能是决定胜负的主要因素。你驾驶的战机转弯半径就几百米，我开的战机转弯半径却有几公里，你只用几秒就能把机头指向我，并向我开火，而我几十秒后才能掉转机头指向你，那么显然，我只有挨打的份儿。
雷达的功率和技术越来越强，空空导弹射程逐渐加大，这让超视距空战的概念深入人心，一百多公里外就能向对方发射导弹，哪里还有什么机会近距离格斗？
理论上是这样，实战中并非如此。
试想这样一个场景，十年后，俄罗斯和美国两架战机在空中对决，这两架战机都能以二点几倍音速巡航，且都是很棒的隐形战机，那么此时，就会出现这样的情况。
因为两战机隐身性能很好，这决定了两架战机只有到比较近的距离时才能发现对方，又因为两战机都是超音速巡航，速度极快，所以要不了多少时间就会飞近，不得不进行缠斗。
即使在之前，其中一架战机先敌发现，先敌发射出空空导弹，但还有这样的情况，对方通过超强机动或是施放其他干扰，从而躲过了导弹，此时，两战机还是有可能出现近战的情况。
上世纪，因为导弹技术的飞速发展， 一时间，“要导弹不要机炮”的观念让美国空军没有在F-4 “鬼怪”上安装机炮。后来的实战中，F-4在米格战机前很被动，近战时属于挨打的角色。没办法，美军只好又在F-4上加上机炮。 因为这个教训，在后来的一系列先进战机设计中，都始终给机炮预留位置，连最先进的隐形战机F-22也不例外。
所以，在过去和现在还有未来一段较长的时期内，超机动性都是战机的重要指标之一。而矢量推力技术恰是解决超机动性的有力武器。
图为米格—29ovt机动性表演。
图为米格—29ovt机动性表演。
米格-29是个老家伙，1977年10月6日就首飞了，但它一路不断改进升级，上图这架比鸟儿还要灵活的米格—29ovt就是加装了矢量发动机和飞行控制系统的米格-29M。
中国也在紧锣密鼓地研制矢量推力发动机，相信不久的将来，中国的战机必定会装上自己的矢量推力发动机。
出品：科普中国
制作：寒木钓萌
监制：中国科学院计算机网络信息中心
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- 发表于 2016-10-27 00:00
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