A vetorização de empuxo 3D (TVC) oferece melhor capacidade de manobra em 2D TVC?

A vetorização de empuxo permite controlar uma aeronave quando o fluxo de ar sobre suas superfícies de controle é separado. Antes da vetorização de empuxo, a faixa de ângulos de ataque em que uma aeronave poderia ser controlada era bastante restrita.

Com o X-31 , foi pela primeira vez possível controlar uma aeronave completamente paralisada, o que possibilitou manobras muito mais rápidas para que o nariz apontasse para um adversário. Isto foi poderosamente demonstrado por combates aéreos simulados com um F-18 . O X-31 usava um arranjo bastante simples com três pás no escapamento do motor, e isso permitia criar tanto momentos de passo quanto de guinada. Isso faz com que seja o que você chama de aeronave de vetorização de empuxo 3D.

Bicos modernos de vetorização de empuxo são redondos e permitem desviar o empuxo em até 20 ° em ambos os modos de inclinação e inclinação, tornando-os também o que você chama de 3D. No entanto, esta geometria irá dispersar as ondas de radar em todas as direções, o que a torna inadequada para aeronaves furtivas. Portanto, os projetos furtivos podem usar apenas duas palhetas retas acima e abaixo da exaustão do jato, o que criará apenas momentos de inclinação. Isso é o que você chama de vetorização de empuxo 2D. Quando dois motores são instalados, a deflexão diferencial permitirá criar momentos de rolagem limitados, mas as poderosas forças laterais que permitiram que o X-31 girasse seu nariz (e radar) rapidamente para o caminho de seu adversário não serão mais possíveis.

A vetorização de empuxo furtiva ainda permitirá controlar a aeronave em todos os ângulos de ataque, mas as taxas de guinada possíveis com um bocal regular de empuxo vetorial não são mais possíveis. Isso e a massa estrutural de um escapamento retangular são as desvantagens distintas dos projetos de bicos furtivos.

Em suma, sim; a capacidade de impulsionar o vetor para os lados da aeronave, induzindo guinada, fornece uma vantagem na manobra da vetorização de pitch somente.

Considere as variantes Su-30 "SM" e "MK", que possuem vetores de empuxo 3D. Aqui está um Su-30 em um airshow (não tenho certeza da variante exata) realizando uma série de acrobacias pós-stall:

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Muitas destas manobras exigem que o piloto seja capaz de chutar sua traseira para um lado ou outro sem o auxílio de superfícies de controle aerodinâmico (como o Immelmann, o J-turn, o Super Cobra que basicamente fica o jato em sua cauda no ar, etc) e, portanto, não poderia ser realizado, pelo menos não no mesmo grau, por uma aeronave como o F-22. A utilidade de tais manobras em combate aéreo é desconhecida e provavelmente baixa (ficar parado no ar é mais provável que você seja abatido do que fornecer qualquer vantagem tática), que é uma razão pela qual a vetorização 3D completa não foi adicionada a Lutadores dos EUA (houve alguma conversa sobre a aplicação dos sistemas vistos no F-15 ACTIVE e no F-16 VISTA para combater os aviões, mas nada de grave aconteceu, e a maioria dessas fuselagens agora está programada para a aposentadoria).

Uma aeronave sempre precisa de "manobrabilidade 3D" (pitch, yaw, roll). Se você usa o TVC para executar uma, duas ou todas as três funções, exclusivamente ou em combinação com superfícies de controle aerodinâmico, é uma questão de escolhas e otimização de design.

A escolha realmente depende de quais são os requisitos da aeronave em questão. Note que o TVC em si não é necessariamente "melhor" que as superfícies de controle convencionais nas asas e / ou tailplanes.

• As superfícies de controle aerodinâmicas são muito eficientes (com velocidade suficiente), mas ocupam algum espaço e induzem cargas na estrutura da aeronave. Ailerons em uma asa ocupam espaço que poderia ser usado para flaps. Tailplanes são um custo puro de peso e arraste que você paga pela manobrabilidade (e estabilidade).
• A TVC custa muito peso e complexidade, mas, por sua vez, tem pouca ou nenhuma penalidade direta no arrasto. No entanto, note que ele tem uma eficiência bastante limitada (que está diretamente ligada ao impulso da aeronave - o que não é tão bom: de preferência, você deseja que o impulso e o controle de atitude sejam independentes).

A manobrabilidade sempre tem um custo. Então a questão realmente é: Para uma configuração de aeronave em particular, e para um requisito particular de manobrabilidade (em pitch, yaw, roll), e para uma combinação particular de > critérios de otimização (minimizar peso, resistência, custos, complexidade, ...): Qual é a combinação de superfícies aerodinâmicas e TVC (e outros meios) que atende ao requisito, minimizando os critérios?