Войти
Сопло 3D-вектора тяги на Су-35С 
Три экспериментальных самолета с вектором тяги в полете; слева направо, F-18 HARV, X-31 и F-16 MATV Вектор тяги, также управление вектором тяги или TVC, это способность самолета, ракеты или другого транспортного средства управлять направлением тяги от его двигатель или мотор (ы) для управления ориентацией ориентацией или угловой скоростью транспортного средства.
В ракетной технике и баллистических ракетах, которые летают за пределами атмосферы, аэродинамические управляющие поверхности неэффективны, поэтому вектор тяги является основным средством управление ориентацией.
Для самолетов метод изначально предусматривался для обеспечения восходящей вертикальной тяги в качестве средства для обеспечения вертикального (VTOL ) или короткого (STOL ) взлета и посадки. способность. Впоследствии стало понятно, что использование векторной тяги в боевых условиях позволяет самолетам выполнять различные маневры, недоступные для самолетов с обычными двигателями. Для выполнения разворотов самолет, который не использует вектор тяги, должен полагаться только на аэродинамические управляющие поверхности, такие как элероны или руль высоты ; самолет с вектором по-прежнему должен использовать управляющие поверхности, но в меньшей степени.
В ракетной литературе из российских источников управление вектором тяги часто упоминается как газодинамическое управление или газодинамическое управление .
Моменты, генерируемые разными углами тяги кардана 
Анимация движения ракеты при изменении направления тяги путем приведения в действие сопла 
Графитовые выхлопные лопатки на сопле ракетного двигателя V-2 Номинально, линия действия вектора тяги сопло ракеты проходит через центр масс транспортного средства, создавая нулевой чистый момент относительно центра масс. Можно генерировать моменты тангажа и рыскания, отклоняя вектор тяги основной ракеты так, чтобы он не проходил через центр масс. Поскольку линия действия обычно ориентирована почти параллельно оси валка, управление креном обычно требует использования двух или более отдельно шарнирных сопел или отдельной системы в целом, такой как ребра, или лопатки в выхлопном шлейфе ракетного двигателя, отклоняющие основную тягу. Управление вектором тяги (TVC) возможно только тогда, когда силовая установка создает тягу; отдельные механизмы требуются для управления положением и траекторией полета на других этапах полета.
Вектор тяги может быть достигнут четырьмя основными средствами:
Вектор тяги для многих жидкостных ракет достигается с помощью шарнирного соединения весь двигатель. Это включает перемещение всей камеры сгорания и внешнего кожуха двигателя, как на сдвоенных двигателях первой ступени Titan II, или даже всего двигателя в сборе, включая соответствующее топливо и насосы окислителя. Saturn V и Space Shuttle использовали карданные двигатели.
Более поздний метод, разработанный для твердотопливных баллистических ракет достигает вектора тяги путем отклонения только сопла ракеты с помощью электрических приводов или гидроцилиндров. Сопло прикреплено к ракете с помощью шарового шарнира с отверстием в центре или гибкого уплотнения из термостойкого материала, последнее, как правило, требует большего крутящего момента и более высокого силовая система срабатывания. Системы Trident C4 и D5 управляются с помощью сопла с гидравлическим приводом. В SRB STS использовались сопла на карданном подвесе.
Другой метод управления вектором тяги, используемый на твердотопливных баллистических ракетах представляет собой впрыск жидкости, при котором сопло ракеты закреплено, но жидкость вводится в поток выхлопа из форсунок, установленных вокруг кормовой части ракеты. Если жидкость впрыскивается только с одной стороны ракеты, она изменяет эту сторону выхлопного шлейфа, что приводит к разной тяге на этой стороне и асимметричной результирующей силе на ракете. Эта система управления использовалась на Minuteman II и первых БРПЛ ВМС США.
Эффект, аналогичный тяге. векторизация может производиться с помощью нескольких подруливающих устройств, небольших дополнительных камер сгорания, которые не имеют собственных турбонасосов и могут быть подвешены на одной оси. Они использовались на ракетах Атлас и Р-7 и до сих пор используются на ракете «Союз», которая происходит от Р-7, но редко используются в новых конструкциях из-за их сложности и веса. Они отличаются от двигателей системы управления реакцией, которые представляют собой стационарные и независимые ракетные двигатели, используемые для маневрирования в космосе.
Одним из первых методов управления вектором тяги в ракетных двигателях было размещение лопаток в выхлопном потоке двигателя. Эти выхлопные лопатки или реактивные лопатки позволяют отклонять тягу без перемещения каких-либо частей двигателя, но снижают эффективность ракеты. Их преимущество заключается в том, что управление креном осуществляется с помощью только одного двигателя, чего нет на карданном шарнире сопла. В V-2 использовались графитовые выхлопные лопатки и аэродинамические лопатки, как и в Redstone, заимствованном у V-2. Ракеты Sapphire и Nexo любительской группы Copenhagen Suborbitals представляют собой современный пример реактивных лопастей. Реактивные лопатки должны быть изготовлены из огнеупорного материала или активно охлаждают, чтобы предотвратить их плавления. В Sapphire использовались твердые медные лопатки из-за высокой теплоемкости и теплопроводности меди, а в Nexo использовался графит из-за его высокой температуры плавления, но без активного охлаждения реактивные лопатки будут подвергаться значительной эрозии. Это, в сочетании с неэффективностью реактивных лопастей, в основном препятствует их использованию в новых ракетах.
Некоторые атмосферные тактические ракеты меньшего размера, такие как AIM-9X Sidewinder, избегают управления полетом поверхности и вместо этого использовать механические лопатки для отклонения выхлопных газов двигателя в одну сторону.
Вектор тяги - это способ уменьшить минимальную дальность полета ракеты, до которой она не может достичь скорости, достаточно высокой, чтобы ее небольшие аэродинамические поверхности могли эффективно маневрировать. Например, в противотанковых ракетах, таких как ERYX и PARS 3 LR, по этой причине используется вектор тяги.
Некоторые другие снаряды, использующие вектор тяги:
На большинстве современных самолетов с векторной тягой используются ТРДД с вращающимися форсунками или лопатками для отклонения выхлопного потока. Этот метод может успешно отклонить тягу до 90 градусов относительно средней линии самолета. Однако двигатель должен быть рассчитан на вертикальный подъем, а не на нормальный полет, что приводит к снижению веса. Дожигание (или горение водоотводящей камеры, PCB, в байпасном потоке) сложно включить и непрактично для управления вектором тяги при взлете и посадке, поскольку очень горячий выхлоп может повредить поверхность взлетно-посадочной полосы. Без форсажа тяжело достичь сверхзвуковых скоростей полета. Двигатель PCB, Bristol Siddeley BS100, был отменен в 1965 году.
Конвертоплан вектор тяги самолета через вращающийся турбовинтовой двигатель гондолы. Механические сложности этой конструкции весьма неприятны, включая скручивание гибких внутренних компонентов и передачу мощности карданного вала между двигателями. Большинство современных конвертопланов имеют два ротора, расположенных бок о бок. Если такой летательный аппарат летит так, что он входит в состояние вихревого кольца, один из несущих винтов всегда входит немного раньше другого, заставляя самолет совершать резкий и незапланированный крен.
Дирижабль британской армии «Дельта» до Первой мировой войны, оснащенный поворотными винтами Вектор тяги также используется в качестве механизма управления для дирижаблей. Одним из первых применений был дирижабль британской армии «Дельта», который впервые поднялся в воздух в 1912 году. Позднее он использовался на HMA (дирижабль Его Величества) No. 9r, британский жесткий дирижабль, который впервые поднялся в воздух в 1916 году, и два жестких дирижабля ВМС США 1930-х годов USS Akron и USS Macon, которые использовались как летательные аппараты. авианосцы, и подобная форма вектора тяги также особенно ценна сегодня для управления современными нежесткими дирижаблями. При таком использовании большая часть нагрузки обычно поддерживается плавучестью, а для управления движением летательного аппарата используется векторная тяга. Первым дирижаблем, который использовал систему управления на основе сжатого воздуха, был Omnia Dir Энрико Форланини в 1930-х годах.
Проект реактивного самолета с функцией управления вектором тяги был представлен в 1949 году в британское министерство авиации Перси Уолвином; Рисунки Уолвина хранятся в Национальной аэрокосмической библиотеке в Фарнборо. Официальный интерес снизился, когда стало известно, что дизайнер был пациентом психиатрической больницы.
Сейчас исследуется, Fluidic Thrust Vectoring (FTV) отклоняет тягу с помощью вторичных жидких инъекций. Испытания показывают, что воздух, нагнетаемый в выхлопную струю реактивного двигателя, может отклонять тягу до 15 градусов. Такие сопла желательны из-за их меньшей массы и стоимости (на 50% меньше), инерции (для более быстрого и сильного отклика на управление), сложности (механически проще, меньше или нет движущихся частей или поверхностей, меньше обслуживания). и сечение радара для невидимости. Вероятно, это будет использоваться во многих беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) и истребителях 6-го поколения.
Управление полетом с вектором тяги (TVFC) достигается за счет отклонение реактивных двигателей самолета в некоторых или всех направлениях тангажа, рыскания и крена. В крайнем случае отклонение реактивных двигателей по рысканию, тангажу и крену создает желаемые силы и моменты, позволяющие полностью контролировать траекторию полета самолета без использования обычных средств аэродинамического управления полетом (CAFC). TVFC также может использоваться для удержания стационарного полета в областях зоны полета, где основные аэродинамические поверхности сваливаются. TVFC включает в себя управление самолетом STOVL во время зависания и во время перехода между скоростью зависания и движением вперед ниже 50 узлов, когда аэродинамические поверхности неэффективны.
Когда управление векторной тягой использует одну движущую струю, так как на однодвигательном самолете создание моментов качения может оказаться невозможным. Примером может служить сверхзвуковое сопло дожигания, в котором функциями сопла являются площадь горловины, площадь выхода, вектор по тангажу и по рысканью. Эти функции контролируются четырьмя отдельными исполнительными механизмами. Более простой вариант, использующий только три привода, не будет иметь независимого управления зоной выхода.
Когда TVFC внедряется в дополнение к CAFC, маневренность и безопасность самолета максимизируются. Повышенная безопасность может возникнуть в случае выхода из строя CAFC в результате боевых повреждений.
Для реализации TVFC могут применяться различные сопла, как механические, так и гидравлические. Сюда входят сходящиеся и сходящиеся-расходящиеся сопла, которые могут быть фиксированными или геометрически изменяемыми. Он также включает в себя регулируемые механизмы внутри фиксированного сопла, такие как вращающиеся каскады и вращающиеся выходные лопатки. Внутри этих сопел самолетов сама геометрия может варьироваться от двухмерной (2-D) до осесимметричной или эллиптической. Количество сопел на конкретном воздушном судне для достижения TVFC может варьироваться от одного на самолете CTOL до минимум четырех в случае самолета STOVL.
Это необходимо уточнить некоторые определения, используемые в конструкции сопла с вектором тяги.
Sea Harrier FA.2 ZA195 переднее (холодное) сопло векторной тяги Примером двумерного вектора тяги является используемый двигатель Rolls-Royce Pegasus в Hawker Siddeley Harrier, а также в варианте AV-8B Harrier II.
Широкого распространения вектора тяги для повышения маневренности в западных серийных истребителях не произошло до развертывания Lockheed Martin F-22 Raptor пятого уровня. реактивный истребитель поколения в 2005 году, с форсажем, двумерным вектором тяги Pratt Whitney F119 ТРДД.
Lockheed Martin F-35 Lightning II при использовании обычного форсажа ТРДД (Pratt Whitney F135) для облегчения сверхзвуковых операций, вариант F-35B, разработанный для совместного использования Корпусом морской пехоты США, Королевскими военно-воздушными силами, Королевским флотом и ВМС Италии, также включает вертикально установленный выносной вентилятор низкого давления с приводом от вала, который приводится в действие через муфту при посадке от двигателя. Как выхлоп от этого вентилятора, так и вентилятор главного двигателя отклоняются соплами с вектором тяги, чтобы обеспечить соответствующую комбинацию подъемной силы и тяги. Он не предназначен для повышения маневренности в бою, только для работы VTOL, а F-35A и F-35C вообще не используют вектор тяги.
Су-30МКИ, производимый Индией по лицензии Hindustan Aeronautics Limited, находится на действительной службе в ВВС Индии. TVC делает самолет высокоманевренным, способным без сваливания достигать почти нулевой воздушной скорости на больших углах атаки и выполнять динамичный пилотаж на малых скоростях. Су-30МКИ оснащен двумя турбовентиляторными двигателями Al-31FP форсажными . Сопла TVC МКИ установлены на 32 градуса наружу к продольной оси двигателя (т. Е. В горизонтальной плоскости) и могут отклоняться на ± 15 градусов в вертикальной плоскости. Это дает эффект штопора, значительно увеличивая возможности поворота самолета.
Некоторые компьютерные исследования добавляют вектор тяги к существующим пассажирским авиалайнерам, таким как Boeing 727 и 747, чтобы предотвратить катастрофические поломки., в то время как экспериментальный X-48C может иметь реактивное управление в будущем.
Примеры ракет и ракет, которые используют вектор тяги, включают обе большие системы, такие как твердотопливный ракетный ускоритель Space Shuttle (SRB), S-300P (SA-10) ракета земля-воздух, UGM-27 Polaris ядерная баллистическая ракета и РТ-23 (SS-24) баллистическая ракета и меньшее боевое оружие, такое как Swingfire.
Принципы вектора воздушной тяги были недавно адаптированы для военных морских применений в форме быстрого водометного рулевого управления, обеспечивающего сверхманевренность. Примерами являются быстрый патрульный катер Dvora Mk-III, ракетный катер класса Hamina и Littoral боевые корабли ВМС США.
Вектор тяги может передавать два основных преимущества: VTOL / STOL и более высокая маневренность. Самолеты обычно оптимизированы для максимального использования одного преимущества, но выигрывают в другом.
Harrier - первый в мире боевой истребитель с вектором тяги, обеспечивающий возможности VTOL 
GE Осесимметричный выхлоп с вектором Сопло, используется на F-16 MATV 8. Уилсон, Эрих А., «Введение в авиационные сопла с вектором тяги», ISBN 978-3-659-41265-3
СМИ, связанные с Вектор тяги на Wikimedia Commons