中国人发明三元发动机喷管，美国发明二元发动机喷管，谁的先进？

　　上次介绍了一下歼-20首飞试飞员李刚提的一个建议，就是歼-20战斗机未来应该采用二元推力矢量喷管。那么，现在我们来介绍一下，二元喷管和三元喷管的发明，以及二元推力矢量喷管、三元推力矢量喷管它的技术进步。

　　我们知道，一般的飞机，包括战斗机、运输机、客机，它采用的喷气式发动机的喷管都是圆的，甚至是活塞式发动机、涡桨式发动机，它们的排气管基本上也是圆截面的，应该大伙儿都见过。扁宽的二元喷管，应该说它诞生的时代比较晚，从莱特兄弟发明的世界上第一架飞机开始，各种各样的动力装置，它的排气管的截面基本上都是圆形的。那么什么时候出现了二元喷管呢？

　　上个世纪七十年代中期，最早的建议者是美国人，他们做了大量的二元喷管的相应实验。过去军用飞机的喷管基本上都是圆的，那么现在美国人为什么要把喷管改成扁方的？扁方的有什么好处？到底是圆喷管好还是矩形喷管好呢？

　　应该说各有优缺点，上个世纪七十年代中后期的时候，美国研究了大量的二元喷管，他们发现二元喷管有很多的优点，而这些优点往往是圆截面喷管所不具备的。比如说，二元喷管它比较扁，和后机身的融合度比较好，因此可以降低飞机后部的阻力，这一点圆形喷管可能就要差一些。

　　另外，他们发现，把喷管从圆截面改成矩形截面，有利于红外隐身，其中一个原因是，圆形喷管它喷出来的尾流就跟毛笔尖似的，非常稳定，这样的一个尾沿，不太容易和外界冷空气交流，因此它的降温效果比较差，而矩形喷管，由于它四个角流出来的气流，都有四个漩涡，这四个小漩涡有可能加快它和外界气流的掺混，最终能够迅速把它尾沿的温度降低，那不就改善它的红外信号特征了吗？

　　这还不算，他们还试验过一种叫二元尖劈式的喷管，就是在喷管里面放一个像舌头似的尖劈状的东西，这样的话，就可以把发动机的涡轮遮蔽住，因此红外信号特征大幅度下降。根据美国的实验，他们认为，在二元喷管里面装尖劈这个装置，可以降低百分之七八十的红外信号强度，应该说降幅是非常大的。当然，这样的喷管，由于它里面装了这么一个可调的尖劈式的装置，推力损失是比较大的。

　　第三个好处，就是这种扁宽的喷管，有助于降低飞机后向的雷达反射界面，因此他们认为未来战斗机装二元喷管，效果是比较好的。

　　但是二元喷管偏转不偏转，这个要根据你的用户的需求，以及特定机型来讨论了，或者是来考虑了，你像装二元喷管的美军的飞机不少，B-2战略轰炸机采用了二元喷管，F-117A这种隐身的攻击机，它也采用了二元喷管，甚至和F-22相竞争的YF-23战斗机的验证机，它用的也是，但是这三款机型的喷管都不能偏转，都不是推力矢量喷管，只有F-22，它的二元喷管是可以偏转的，从而提供推力矢量，改善飞机的机动性。

　　二元喷管是上个世纪七十年代提出的，那么三元喷管什么时候发明的呢？应该说要比二元喷管发明的年代早的多，距今已经有一千多年历史了，谁发明的？中国人，而且是在宋朝发明的，因为我们知道，宋朝，中国人发明了世界上最早的火箭，而火箭用的喷管就是圆形的三元喷管。

　　那么圆形喷管和矩形喷管相比，它的优点也很多，因此现在绝大部分战斗机采用的还是圆截面的喷管，因为圆截面它的优点非常明显，我们知道同样面积情况下，圆截面和矩形截面相比它的周长最短，也就意味着，它的表面积最小，重量最轻。

　　而且圆形喷管它各个地方的受力受温情况都很均匀，不像矩形喷管，它四个角上温度是不一样的，而且容易发生相应的一些裂纹等问题。

　　而且圆形喷管内管流的流速比较高，阻力比较小，而矩形喷管内管流的阻力比较大，你像美国的F-22这样的喷管，它的推力损失大概在百分之十几，甚至高的总能达到百分之二十，这个好像不可接受，但是由于它的外形阻力比较小，因此可以弥补一定的推力损失。

　　但是无论是二元还是三元的，都可以偏转，也都可以不偏转，只能上下偏转的，提供俯仰操纵力矩的，这是一种类型，那既能上下偏转又能左右偏转的，这样的推力矢量喷管又是一种类型，谁着效果更好，显然是上下左右都能偏短的效果可能更好一点。

　　那么推力矢量喷管采用圆截面好，还是矩形截面好？应该说也是各有优缺点，在这里最后给大家明确一个概念，就是二元推力矢量喷管和三元推力矢量喷管，既有只能上下偏转的，也有既能上下也能左右全向偏转的，二元推力矢量喷管也是这种类型，它既可以做上下的偏转，也可以进行左右的偏转，关键是要看具体的军方的要求和设计师的取舍。

　　那么歼-20未来可能会采用什么样的二元推力矢量喷管？