名詞解釋

    向量推力   

                                                                                     By LUZE

          所謂的向量推力(TVC)，是〝推力向量控制能力〞之簡稱。顧名思義，就是改變發動機出力方向，藉此達到傳統控制翼面以外的控制能力。這種控制力可以減低轉彎時的阻力，更使得失訴後動作成為可能，還能減少起飛滑跑距離，是現代戰機動力發展的趨勢之一。
     傳統的飛機控制是藉由翼面〝阻擋〞氣流，利用氣流給翼面的反作用力為控制力。這種控制方式的條件是控制面附近的氣流必須是盡可能穩定的，當飛機因為速率太低或是攻角太大等因素時，就可能導致〝失速〞，使控制面失去控制力，過去沒有TVC的時代，除非飛機進入死亡螺旋等無法改出的狀態，否則可以藉由動力全開、俯衝使飛機周圍氣流再度平順，形成可控性。但這樣一來，在改正的過程中，萬一剛好被敵機發現那差不多就完了，因為此時的戰機既沒有辦法做閃避動作，也難以還擊，只能靜靜的以電戰設備最最後的防衛，也因為無法做閃避動作，使得如干擾絲、熱彥彈等的效能有限，所以傳統控制的飛機在戰鬥中失速是很要命的(除非有僚機)。但有TVC能力的戰機在這情況下，只要發動機不熄火，他就可以藉由改變發動機推力方向來控制機體，從SU-37的表演影片看來，這時飛機的指向能力幾乎達到出神入化之境界。這時的戰機必要時可以趕緊將機首指向威脅方向，予以反擊，甚至與目前的高靈敏追熱元件極高機動追熱飛彈的搭配下，以追熱飛彈打下來襲飛彈也將漸漸可能，這對於纏鬥的優勢以及生存性來說，都是相當重要的。這項能力也有利於更輕、隱形性能更好的無垂尾飛機的發展。
    另一方面，傳統控制方式的控制力主要是〝氣流對翼面的反作用力〞，這就難以避免的會有平行於飛行方向的分量，也就是阻力，換言之傳統方式轉彎時的阻力有控制力產生於控制面的阻力以及因攻角增加而產生的阻力，而用向量推力控制時，控制力來自發動機推力及因攻角增加而產生的阻力，可以想像，同一外型的兩架飛機，再相同高度相同速度的情況下開始以相同攻角轉彎時，有TVC的阻力較小，較不會減少能量，對於能量空戰也是有利的。除了在相同瞬間轉彎濾下維持高能量外，也可以在減少相同能量的情況下擁有較大的轉彎率。
    也因為可以〝分擔控制面的工作〞使得飛機起飛滑跑時，控制面還不足以獨自拉起機頭時，與控制面〝合作〞將飛機拉起，減低起飛距離。這項能力看起來好像沒有比前兩項重要，但在一些航空先進國家眼中卻相當重要，例如EF-2000計畫擁有TVC能力的原因不在於空戰，而在於短場起降。

    要如何讓推力轉向呢？講起來很簡單，就是在發動機出口弄個可動關節，例如可轉噴管，或是控制面，使氣流偏折即可。但實際上卻有很多難點。
美國與德國合作的X-31超機動實驗機就有TVC能力，他是在噴嘴外面增設3個控制片，藉由三個控制片改變推力方向。他確實達到了超機動的要求。不禁讓人猜想〝那很簡單啊，只要在設計飛機時，在機尾增加耐熱的可控面，不就解決了？連發動機都不用換....〞，至少我以前是這麼想的。
     是沒錯，這是個很簡單的方法，用這種方法，確實可能讓TVC戰機滿天飛。然而這種控制方法效率是很低的。因物這種控制方式是在一瞬間改變氣流方向，而不是平穩的改變，任何對氣流的過度擾動幾乎都會產生阻力(用很哲學的方式說，自然界總是要維持他的平衡狀態，這種性質導致自然界〝本能〞的抵抗任何破壞平衡的舉動)。X-31的偏流方法使他整體效率減少很多，忘了是13%還是30%了。過度的推力損失將使得這種向量控制方式損失了應有的優勢。所以說要讓TVC符合空戰的需求，就必須讓他擁有高效率。也就是〝讓氣流平穩的轉向〞(俏皮一點就是〝讓氣流在不知道自己被轉向的情況下轉向〞)。
     這勢必得從發動機內部就開始讓氣流偏折，這引發了TVC發展中最麻煩的問題：密封，以及其他控制方面的問題。以下我就引述留里卡設計局總設計師Chepkin院士的說法，他說TVC技術的第一個問題是活動部件的密封，在噴口內，溫度達到攝氏2000度時，氣壓達7大氣壓，這意味著一點點小漏洞就會引發爆炸，因此密封是第一個要解決的。第二個問題是向量噴嘴的控制必須很小心，當用向量推力協助起飛時，飛機於15m高度時，向量噴嘴仍是朝上的，如果不盡快改變，飛機將在1到1.5秒墜毀，但改回時要很小心，因為低速時向量推力產生的負向加速(-G)遠高於控制面，將可能是飛行員無法承受的。

    目前已實用化的向量噴嘴都是機械式的，也就是必須以機械方法控制氣流，活動部件無可避免的會增加重量，而且在後勤上也不太方便。所以航空先進國家開始發展不需要直接以機械控制的方法。例如有人想到在噴劉中加入帶電粒子(例如加入受熱會電離的物質)，使噴流能受電磁場控制，藉由在噴嘴部分加上的電磁場控制方向。還有一種很扯的方法，說是讓發動機本身產生不平均的推力，來產生控制力矩...................方法很多，雖然許多都處於構想階段，但幾乎指向一個區市：不須以機械進行直接控制。