矢量發動機，能讓臺灣ADF做出超5種超機動動作，並可以進行原地起飛，最新戰機預計明年發布

臺灣是否需要爲其ADF戰機配備 矢量發動機呢 通過觀察美國的F-22與俄羅斯的 Su-57等先進的五代戰機 它們搭載的矢量發動機 賦予了這些飛機 幾乎如雜技般的高度機動性 從螺旋升空到落葉般的機動 表演着令人歎爲觀止的動作 想象一下 如果臺灣的金國號戰機 也配備了矢量發動機 可能會出現垂直升空後 通過一個托馬斯迴旋動作 甩抬敵機 緊接着原地180度掉頭 併發射一枚天加2導彈的情景 雖然這一幕 似乎與現實有些脫節 但對於五代戰機而言 這樣的能力並不算誇張 因爲有了先前的技術積累和實力 那麼 臺灣的五代戰機 是否真的需要加入這一行列呢 本期視頻 將深入探討矢量發動機的相關議題 隨着韓國和日本 在五代戰機領域的深入發展 臺灣也不願落後 2021年4月 臺軍提交了下一代主力戰機的報告 即第五代隱身戰鬥機 根據臺灣的規劃 首架原型機預計將在2025年亮相 目前關於其具體樣貌 還未有確切消息 已知的信息 是將採用美國的F414發動機 這也是大黃蜂戰鬥機 和韓國PF-21所使用的同款發動機 雖然臺灣自行研發也是可行的 但考慮到時間緊迫和當前的安全形勢 採購成熟的發動機 顯然是更爲迅速的選擇 儘管自研可能更令人放心 但F414發動機已經完全能夠滿足需求 值得一提的是 印度的Mk5代機也選用了F414發動機 並要求GE公司在此基礎上 增加矢量推進技術 那麼矢量發動機究竟是什麼 臺灣的五代戰機是否需要它 首先我們得清楚地理解矢量發動機 它並不是普通發動機 它的噴口能向不同方向偏轉 爲戰鬥機提供多方向的推力 這使得飛機不再只依賴於 氣動佈局來進行機動和操控 而是可以輕鬆完成短距起降 翻滾 橫滾等高難度動作 極大地提升了戰鬥機的機動性能上限 在空戰中的作用尤爲顯著 這些高難度的動作 不再需要飛行員通過複雜的操縱來完成 矢量發動機的加入 讓飛行員更容易成爲空中的高手 如果將那些令人歎爲觀止的 特技表演放在一旁 矢量發動機的最重要功能之一 便是實現垂直起降 這個能力絕非小事 在二戰時期 拘用機場的跑道 幾乎就是敵方的目標練習場 輕易就能成爲轟炸的對象 一旦原本幾千米的跑道遭到破壞 可能只剩下五六百米可用 這對於一般的戰鬥機來說 根本不足以起降 那怎麼辦呢 唯有等代工成兵修復 沒有修好之前 那些戰鬥機就只能被豎之高閣 但如果裝備了矢量發動機 這個問題就迎刃而解了 戰鬥機僅需三五百米的跑道 就能完成起飛 這得益於推力的前後調整 通過將發動機的噴口向下彎曲90度 矢量發動機便能生成向下的垂直推力 美國在F-15戰鬥機上進行的推力矢量實驗 便證明了這一點 應用推力矢量技術後 降落距離從2260米 減少到僅420米 因此即使跑道受損 也無需過分擔心 而且矢量發動機在一定程度上 也能確保飛行員的安全 一般而言 戰鬥機的公角不會超過30度 超過這個限度可能會導致失速 這種情況下的飛機難以控制 飛行員隨時可能面臨生命危險 然而 裝備了矢量發動機的戰鬥機 即使在失速狀態下的公角 達到60度或更高 飛行員仍然能夠控制飛機 這意味着即使進行各種複雜的動作 飛行員也無需過分擔心安全問題 除非是遊警 儘管當我們提到矢量發動機時 往往首先想到的是 戰鬥機那些炫目的動作 但實際上 最早利用矢量發動機的並非戰鬥機 沒錯 正如你所聽到的 火箭和導彈 與在空中進行機動變軌的戰鬥機不同 火箭身上並沒有任何輔助裝置 它只能依靠尾部噴射的火焰進行控制 因此 要想在下降期間實現變軌或轉彎 它們只能藉助推力矢量控制發動機 火箭發動機上的矢量技術 並不像戰鬥機那樣複雜 通常是在火箭發動機尾部的噴扣 這些剁片在導彈工作時 會接觸到高速噴出的燃氣 並通過改變剁片角度 來調節火箭發動機噴出的氣流方向 從而控制火箭的飛行方向 二戰期間 德國的飛二火箭 便是最早實用化的矢量發動機案例 現在在火箭或導彈上的轉彎 和尾部機動變軌 仍然採用推力矢量技術 只是實現方式有所不同 當然 本影片的焦點 並非是火箭的導航技術 而是專注於戰鬥機的矢量發動機 矢量發動機的發展 可以劃分爲三個階段 目前 美國和俄羅斯 都處於第二個發展階段 戰鬥機採用推力矢量技術的初期階段 其實與火箭廢除的導航方式類似 不過 在戰鬥機領域 這類技術被稱爲折流版 這一概念 由德國在上世紀70年代中期首次提出 確實 無論是火箭還是戰鬥機的創新 德國似乎總在其中發揮着關鍵作用 德國NBB公司的飛機設計師 提議通過控制發動機尾部噴流的方向 來增強飛機的機動性 美國發現這些想法很有前景 便開始在F-15上 祕密進行推力矢量試驗 並證實了這種技術 確實能夠提升戰機的機動性 因此 90年代初 美國與德國合作開發的這項技術 給發動機尾噴口裝上的 三塊碳纖維複合材料製成的鍍面 製造出了能夠改變推力方向的驗證機F-31 並對其進行了試飛 實際測試表明 即使在失速狀態下 F-31也能保持機動能力 在1993年至1997年間 美國利用F-31驗證機 與F-18進行了模擬空戰 在未使用推力矢量技術的情況下 F-31與F-18進行了16次對決 F-18贏得了其中的12次 而當F-31啓用推力矢量技術後 在66次對決中贏得的64次 徹底展示了其壓倒性的優勢 這證明了利用推力矢量控制戰鬥機 是完全可行的 美國並未在第一階段停留太久 在確認矢量發動機的潛力後 迅速開始了第二代的研發工作 而俄羅斯則是在看到美國技術發展迅速後 急忙跟上 並選擇了與美國完全不同的發展路徑 美國的矢量發動機被稱爲二元矢量發動機 而俄羅斯的則是多元矢量發動機 美國的二元矢量發動機 僅能進行上下偏轉 不具備左右偏轉的能力 F-22是採用矢量推力噴管的第一款 第五代隱身戰鬥機 其發動機F-119的噴口呈正方形 與我們通常見到的圓形噴口不同 由四個平板構成 形如方盒子 其中左右兩個平板是固定的 僅上面兩個能活動 只能進行俯仰控制 而俄羅斯的多元矢量發動機的一大特點是 其位噴口與發動機是通過球形絞接連接的 如AL-31R發動機 其噴口採用收斂擴張式設計 配備16個調節片和密封片 雖然從表面上看 多元矢量發動機似乎更爲先進 但若讓我選擇 我更傾向於美國的二元矢量發動機 原因何在 這關乎第五代戰機的核心特徵 隱身能力 與其他戰機最主要的區別在於隱身技術 俄羅斯的五代機蘇57 雖然採用了多元矢量發動機 機動性確實強大 但其隱身能力 也無法有效遮蔽發動機噴口而受到影響 蘇57在選擇多元矢量發動機的過程中 實際上是犧牲了隱身性能 以換取更高的機動力 對於一款第五代戰機來說 這無異於得不償失 對於二元矢量發動機而言 儘管它的調整範圍僅限於俯仰 但這已經足夠滿足絕大多數需求 包括垂直起降在內的能力 並未受到影響 此外 發動機內的渦輪葉片 還能在一定程度上遮擋視線 減少紅外特徵和機身阻力 從而顯著提升隱身性能 俄羅斯對此也有所認識 因此對自己的多元矢量發動機 多少有些不滿 企圖仿效美國的二元矢量發動機 技術層面上 多元系統比二元系統的實現難度更大 俄羅斯很快得出結論 若採用二元矢量發動機 尾部重量將增加約一噸 進而需要在機頭增加相等重量的配重 結果是整體重量增加兩噸 這一增重對俄羅斯來說是無法接受的 因此決定繼續使用多元矢量發動機 這也使得蘇57的隱身性能 一直未能得到有效改善 當然 22之所以能夠自如使用二元矢量發動機 是因爲美軍在設計之初 就已經考慮到了這個問題 而俄羅斯的戰鬥機設計 則主要集中在體積大 活力強上 很多都是基於舊型號的改進 所以很難實現像F22那樣強調的設計 除了二元和多元矢量發動機外 還有一種新型的矢量發動機 油廠推力矢量發動機 這種發動機在結構上 與之前的機械式推力矢量噴管截然不同 主要通過在噴管的擴散段 引入側向刺激氣流 來影響主氣流的方向和麪積 從而實現推力矢量的調整 油廠推力矢量發動機 由於省區的許多機械運動部件 結構更爲簡化 減輕了飛機的重量 降低了維護成本 目前 美國和俄羅斯都在朝這個方向發展 那麼 臺灣的五代戰機 是否需要裝備矢量發動機呢 我的看法是 雖然可以考慮安裝 但並非必要 因爲從實戰的角度來看 矢量發動機並未顯著提升戰鬥性能 那些如洛葉飄 赫布斯克登壁 普加喬夫眼鏡蛇 弗洛洛夫輪盤等高超機動性動作 雖然看起來極爲震撼 但實際作戰價值有限 無論是矢量發動機帶來的超機動性 還是所謂的格鬥能力提升 在實際戰鬥中 大多數情況下僅僅是表演性質 俄羅斯在各大航展上 展示這些具有超機動能力的戰機 宣稱能夠實現直角轉彎 並躲避追蹤導彈 但這些大多是爲了推銷飛機 而進行的宣傳 在不考慮戰鬥機實際作戰環境的情況下 討論裝備對性能的提升 往往並不可靠 可以確定 矢量發動機確實爲戰鬥機 帶來了一定的機動性提升 但在現代空戰中並非決定性因素 現代空戰追求的機動性 包括持續機動能力和瞬間機動能力 後者又稱爲戰鬥機的敏捷性 隨着戰爭形態的變遷 戰鬥機對機動性的需求也發生了改變 在過去空中格鬥時代 矢量發動機帶來的即時機動性 有其獨特的價值 但在當前 寶彈技術主宰了戰場 戰鬥機更加註重的是持續的機動力 現代空戰分尋的基本原則是 偵測 判定 把擊 撤離 這意味着利用雷達 紅外等傳感設備來定位敵機 轉化爲火空數據發起攻擊 然後迅速擺脫敵機的追蹤 而航展上展示的那種超級機動性 在敵機面前 如果沒有速度 高度或飛行方向上的顯著變化 實施這類動作在現代空戰中 無異於自告奮勇地成爲目標 對此 只能說等着被擊中吧 俄羅斯宣揚的推力矢量在空戰中的作用 對於現代及未來空戰而言 幾乎等同於笑談 另一原因是 現代空戰的交戰距離已經顯著增加 這就需要通過調整速度 高度和相對飛行角度等因素 以迅速脫離敵軍的感應範圍 或保持敵機始終在幾方傳感器的監測之下 在過去的北約軍演中 即便是法國的陣風戰機 也能在近距離探測到美軍的F22 但藉助其強大的持續擊中能力 F22始終位於敵方雷達 美國的E-3C預警機 觀測到的情況也類似 戰鬥機通過執行大幅度飛行軌跡變化的持續擊中 而俄羅斯航展上所展示的各種超級擊中動作 雖可迅速改變飛機擊投方向 但在現代空戰40公里以上的交戰距離中 這類超級擊中無法有效改變飛機的飛行軌跡 更別說從敵機雷達 紅外等偵測設備的持續跟蹤中擺脫出來 即便在格鬥距離僅爲3到5公里的情況下 那些迅速改變擊投方向以利用機炮攻擊的動作 大多是爲了影視作品的效果 在這樣的距離下 超機動戰機所帶來的低速狀態極其危險 在敵方雷達中幾乎成了固定的靶子 即便是落葉飄這類能迅速降低高度的動作 在改變飛行軌跡方面的作用 也不及常規的俯衝等動作 且現代先進的空空導彈 通常裝備激光近戰引線和連續感戰鬥部 在電影中 空空導彈可能會與戰機擦肩而過 但在實戰中一旦接近就會直接爆炸 總的來說 雖然矢量發動機確實能爲戰鬥機帶來順時機動能力的提升 但在現代和未來的空戰中 這種能力幾乎無用武之地 矢量發動機真正能起到什麼作用呢 這一點 美國在研發矢量發動機後 進行了大量的試驗和研究 旨在探索矢量推力的核心價值 結果表明 真正能充分利用推力矢量作用的 是裝備了新一代先進飛控系統的戰鬥機 如F-22和F-35的 推力矢量對飛機機動的影響 可以類比於用手直接推動飛機模型 從而改變其飛行狀態 這種理解簡單局觀 也正是俄羅斯對推力矢量應用的方式 但這並沒有充分發揮出矢量推力的全部潛力 在實際飛行中 飛機受到的力是多方向的 任何的飛行角度偏轉 都會引起機身表面氣流的變化 進而改變飛機的豎立狀態 甚至可能導致重心偏移 墮滅失效等問題 儘管現代的數字電傳飛控系統相對先進 但它們大都是基於是非數據來設計的 而新一代飛控系統 通過大量傳感器實時跟蹤機體豎立情況 對各個舵面進行調整 並通過矢量推力發動機 補充某些舵面不能提供的力 例如 美軍的I-22在超音速飛行中 會出現重心後移問題 此時可通過水平尾翼偏轉 或矢量推力調整來平衡這種力矩 前者增加了飛行阻力 而後者則不會影響飛機性能 實現了一種一鍵操作 因此 矢量推力與其他控制面板的融合 實時調整機體豎立 才顯現了矢量發動機的真正價值 與俄羅斯宣傳的矢量推力相比 實際上是兩種完全不同的理念 總的來說 現代戰鬥機如颱風 陣風等已具備足夠的靈活性 無需配備矢量發動機 更高的機動靈活性 可能超出飛行員的承受能力 對戰鬥力的提升並無實質幫助 而且 在當前以寶彈和雷達爲主導的空戰環境中 空戰中近距離格鬥的機會已大幅減少 戰鬥機的勝負 往往取決於航電系統的優劣 先發現敵人併發起攻擊的一方 更有可能獲勝 並非依賴於誰的機動動作更加炫酷 因此 矢量發動機對於戰鬥機而言 更多是錦上添花的配置 像俄羅斯的蘇27 美國的F22 即便沒有矢量配置 對於臺灣的五代機而言 如果選擇加州矢量發動機 那麼在航電系統和結構設計上 都需要更多的改進 這將使得五代機的研發時間更加漫長 而且戰力的提升並不會很明顯 除非美國提供設計幫助 或進行資料共享 但這顯然不太可能 臺灣應該一步一個腳印 首先研究出五代機的隱身功能 無需追求過多浮誇的技術