氣動推力矢量控制技術為未來航空動力發(fā)展注入新動能

氣動推力矢量控制技術是在固定型面噴管上采用流動控制的方法實現(xiàn)主噴流的偏轉，以達到推力矢量效果的控制技術。傳統(tǒng)的機械推力矢量控制技術，通過轉動噴管直接改變射流方向達到推力矢量效果，控制原理相對簡單、控制規(guī)律線性、易實用化，但存在結構質量大、活動部件多、整體執(zhí)行機構復雜等不足。氣動推力矢量控制技術，則是通過主動流動控制手段，在其主噴管結構固定的條件下，通過二次控制流注入來實現(xiàn)主噴流的偏轉，以此提供控制力和力矩，其優(yōu)勢在于結構簡單、質量輕、制造成本低、射流偏轉響應快、活動部件少，可滿足無縫、光滑、連續(xù)外模線要求，具有減少雷達截面積（RCS）、增強隱身性能的潛力。

多年來，國內外研究人員相繼提出了激波矢量控制、喉道偏移矢量控制、有源/無源雙喉道矢量控制、有源/無源/振蕩射流激勵康達（Coanda）附壁矢量控制等多種不同的氣動推力矢量控制技術路線，在驗證可行性的基礎上進行相應的優(yōu)化設計。其中，雙喉道矢量控制、激波矢量控制、康達附壁矢量控制等技術路線在特定的應用領域均有不可替代的優(yōu)勢，但這些氣動推力矢量控制技術依然存在控制線性度差、二次流消耗大、無法進行大范圍喉道面積調節(jié)等多種問題。目前，氣動推力矢量控制技術的應用研究還非常有限，技術成熟度層級還有很大的提升空間，為了加快氣動推力矢量控制技術的工程應用，仍需要在如下幾個方面加強攻關。

一是控制效率的提升。當前的氣動推力矢量控制技術要走向應用需要在更寬廣的噴管主流流速范圍內，以低引氣量實現(xiàn)高矢量偏轉效益，開展矢量噴管與主/次射流流動的一體化優(yōu)化設計，有望實現(xiàn)控制效率的進一步提升。

二是控制規(guī)律的探索和優(yōu)化。外形優(yōu)化可以用來解決氣動推力矢量控制靜態(tài)特性中的非線性和不穩(wěn)定性問題。但飛行控制中推力矢量的實時動態(tài)響應規(guī)律仍有待進一步探索，如發(fā)動機對推力矢量系統(tǒng)瞬態(tài)操作的響應、外部流導致推力矢量系統(tǒng)變化的響應速率和流體附壁導致的遲滯效應等。

三是氣動推力矢量控制技術的整機集成。如何建立一個氣動推力矢量特有且完整的控制系統(tǒng)，并與整個飛行控制系統(tǒng)集成，是一個巨大的挑戰(zhàn)，這其中涉及氣動推力矢量控制與發(fā)動機整機匹配優(yōu)化、飛行控制相結合迭代優(yōu)化，而計算機智能優(yōu)化算法、高精度實時環(huán)境感知技術與飛行控制技術的融合發(fā)展將有助于加快推進氣動推力矢量控制技術的工程應用進程。

四是加快推進試飛驗證。當前，由英國BAE系統(tǒng)公司牽頭研發(fā)的“惡魔”（Demon）和“巖漿”（Magma）驗證機已經(jīng)分別于2010年和2018年進行了飛行測試，探索了整機集成的初步方案，驗證了氣動推力矢量控制技術對于增強無舵面飛行器控制能力的技術可行性。但是，這兩架驗證機仍是在低速平飛狀態(tài)下對氣動飛行控制系統(tǒng)的演示，復雜機動如短距起降、低速大迎角飛行、高亞聲速飛行等狀態(tài)下的控制特性仍有待進一步研究和試飛驗證。