謝邀，F-15 Active的三元軸對稱噴口好，但是技術問題難以解決，並且有嚴重的可靠性問題，只能放棄

上世紀80年代，美國在F-15B戰鬥機上，先後發展了兩種TVC向量噴口驗證機，一是使用二元向量噴口F-15 S/MTD，二是使用三元噴口的F-15 Active。但兩者地位完全不同，F-15 S/MTD是美國空軍與麥道公司聯合進行研製的，主要用來試驗提高F-15機動效能以及下一代戰鬥機（F-22）技術。而F-15 Active 則是由美國國家宇航局（NASA）和造發動機的普惠公司進行，主要用來試驗俯仰/平衡梁式（P/YBBN）向量噴口。這就導致兩者地位並不相等，一個是類似殲-20一樣的國家專案，另一個則是FC-31一樣的企業專案。實際上F-15 S/MTD和F-15 Active 是同一架飛機，都是美國空軍所有的73-837號F-15B型戰鬥機，他先給麥道完成F-15 S/MTD專案所有測試後，1993年交給NASA進行改裝，成為F-15 Active。

F-15 S/MTD的二元向量噴口可以在上下範圍內進行20°的調整，並帶有收緬/擴散功能。除了驗證二元向量噴口外，F-15 S/MTD在高機動效能，短距起降，大推力發動機，三翼面佈局等方面都進行探索，他是一個大的系統工程。F-15 S/MTD的二元向量噴口還帶有反向推力的功能，噴口上還設計了百葉窗式的導流片，可以偏轉引導氣流向後運動產生反向推力，從而大幅度縮短降落距離。但實踐中發現這套系統維護太麻煩，每次使用前後都需要檢查和清理，所以F-22的F119發動機在設計之初有反推和短距起降指標，之後刪除了這項要求，可以說F-15 S/MTD在為F-22進行試驗和探索。

正在進行改裝的F-15 Active，該機完全是為了驗證俯仰/平衡梁式向量噴口服務，這是美國當初選擇的三維向量噴管的研究方向，技術理念可以說是非常棒。之前的TVC向量噴口，包括俄羅斯的117S等，原理都是採用導流擋板的方式，強行改變發動機尾氣流方向來產生向量推力，而這種模式最大缺點就是會導致推力損失。

但是美國普惠公司研發的俯仰/平衡梁式向量噴口理念非常先進，他是在尾噴管佈置橫向運動的液壓動作桶，帶動三塊互相交聯的導流片運動，從而讓尾噴管內導流片向不同方向呈現不同的角度姿態。他最主要是靠調整尾噴管內氣流向不同方向運動速度，讓氣流自己帶動向某個方向偏轉，產生向量推力，這種方式副作用最小，推力損失最小，並且在加力狀態也可以照常使用。P/YBBN向量噴管工作示意圖，例如想要產生向上的向量，P/YBBN噴管調整後，就讓噴管下方導流片較平整，氣流會比較順暢，從而流速較快，從而帶動整個氣流向上運動。可以說F-15 Active的P/YBBN向量噴管概念非常棒，要比毛子的117S等都先進一個身位，但是可惜可能太超前了，試驗結果可以說是非常讓人沮喪。有兩個致命的問題根本無法解決，一是氣流發散問題。因為P/YBBN向量噴管主要是靠氣流帶動氣流產生方向偏轉，但試驗過程中遇到嚴重的氣流發散現象，尾部氣流沒有完全按照預想的方向走，部分氣流朝不同方向亂竄，這種情況在飛機機動飛行時會是嚴重的隱患。

另一個是可靠性問題，整個P/YBBN向量碰管是一環扣一環，互相聯動的整體，這就導致如果有一個部件產生故障，那麼整套系統都會失去作用，甚至會引發一連串惡性後果。這兩個問題可以說是根本性的大問題，NASA和普惠至今也無法解決。所以儘管F-15 Active 的P/YBBN向量噴管技術理念非常先進，但是太超前了，根本性問題還無法解決，無法進行實用化。相比較下，目前技術等級下，毛子的類似萬向節頭的整體軸對稱向量，以及中國和歐洲的AVEN噴管技術路線。雖然技術理念來說不如美國的P/YBBN向量，推力損失要大，但在目前情況下最適合實用化實際。美華人的二元向量技術等級太低，而P/YBBN技術又太超前，不過人家有牛逼的發動機推力技術，不需要向量也沒關係。

二者都麥克格道格拉斯公司的技術驗證型號，時間上是一先一後，是用同一臺F-15進行改裝的。其實目的是挖掘這兩種向量技術路線的潛力。二者都有各自的實現難度和收益，很難說哪個更好。

F-15S/MTD，也就是短距起降/機動技術驗證機，用的是了2臺改裝的F-100-PW-200，採用二元矩形噴管，透過液壓控制矩形尾噴管進行上下方向的偏折，從而實現推力向量，最多可以偏轉20度。除此之外，發動機還有反推功能，以驗證短距起降能力。驗證年代比較早，是從1988年開始的。

F-15 S/MTD二元矩形向量噴管

最先試驗矩形噴管的原因，這種控制技術更加簡單，但機械設計和材料上比較難。因為矩形噴管天然違反了高溫高壓燃氣均勻膨脹的規律，需要用單個擋板實現高溫高壓氣流的偏折來實現推力向量，那麼就要求驅動擋板的驅動力矩要大；而且同時噴管還要有良好的耐熱性和密封性。比如F-22上使用的二元向量噴管，看起來就相當的厚重，同時有耐高溫的陶瓷塗層。但收益也很明顯，就是雷達隱身效能和紅外隱身效能都不錯。

1993年-1999年，麥道又在同一架F-15上試驗了F-15 ACTIVE。這裡的ACTIVE是即整合載具先進控制技術的意思。為F-15裝上了P/YBBN（平衡梁式）的軸對稱向量噴管和進氣道控制系統。由於三維軸對稱向量噴管是要實現全向任意角度的偏轉，飛控程式碼顯然更難寫，需要對軟硬體都進行升級；而且為了探索各種角度的飛行包線，試飛任務的複雜度比二元向量噴管高的多。

為了驗證三維軸對稱向量噴管，F-15做了相當多的改動

其實也差不多在同一時間，洛克希得也在F-16上開始F-16 VISTA/MATV（可變穩定性空中測試模擬平臺/多軸推力向量）的驗證，採用的也是軸對稱向量噴管，最大差別在F-15 ACTIVE用的是平衡梁式，驅動一個同步環來同時實現收斂-擴散和偏轉動作；F-16 VISTA/MATV 是在收斂片閉合後用3個120度角佈置的動作筒驅動收斂片偏折。

F-16 VISTA/MATV

F-15 ACTIVE

P/YBBN式向量噴管的原理

其實三元軸對稱向量噴管的難度不在噴管部分本身。由於可以用多個液壓式動作筒，每個動作筒不需要做到太高的壓強，因此難度不高。但是演算法可就複雜的多了。為了實現全向各個角度飛行包線的探索，需要反覆試飛和程式碼修改，所以F-15S/MTD從1988年到1991年只用了3年左右，而F-15 ACTIVE從1993-1999用了6年，任務量完全不在一個等級。

F-15 ACTIVE的向量飛行控制演算法示意

所以總結一下，F-15 S/MTD的二元向量噴管在軟體上好實現，但是噴管硬體實現難度較高；而F-15 ACTIVE 飛控程式碼更復雜，但是噴管硬體相對好做；而從實用角度看，目前二元推力向量其實完全可以滿足飛機的過失速機動性和超音速機動性的要求了，上全向推力向量其實沒啥必要，全向推力向量能實現的動作大部分二元推力向量也可以實現，而全向推力向量更優秀的機動性卻要付出更多更復雜的飛行試驗和不在一個數量級的程式碼工作量，有點得不償失。而且二元推力向量的矩形噴管在雷達隱身和紅外隱身上佔據的優勢更多一些。這也是美國F-22五代機用二元推力向量。而且6代機的披露的CG圖看依然大機率沿用二元推力向量的原因。

為了不斷挖掘提升戰鬥機的機動性和靈敏度、航空界的為此進行了不斷技術的探索 ……

向量發動機技術／ThrustVeectorConlengine（TVC）Engine、探索與發現論證“TVC”技術就是透過渦噴／渦扇發動機尾噴口偏轉、利用發動機產生的推動力、獲得附加控制力矩、以實現飛機的姿態變化控制……

80年代末90年代中期美國利用／F-15B“TF-15A1”原形機進行二元向量發動機和三元向量發動機技術論證、以及探索短起降試驗距離……美國“普惠”公司以及“麥克唐納”公司分別進行了技術驗證機試驗。

兩家公司利用F-15B改造成功一架“三翼面”佈局、既將F-18的後平尾修改按裝在F-15B形成“前鴨翼”……

普惠公司在F100-PW-229加裝“二元向量噴口”進行技術驗證試飛。（F-15S／MTD二元向量發動機驗證機）（麥克唐納公司進行的三元向量發動機技術驗證機／F-15Actcire利用GE-F110-GE-129發動機進行試飛論證）

兩型號驗證機參與二元向量和三元向量噴口技術都能夠實現上下20度偏轉與前鴨翼聯動達到了預期效果、實現了向量發動機技術儲備的目的！

兩種向量發動機噴口技術各有利弊都影響隱身效果。（X-31A的向量噴口驗證機）（俄羅斯蘇-35工作模式向量發動機噴口）（中國／J-10B向量發動機噴口工作模式驗證機）

真正實際應用向量發動機技術的只有美國的／F-22以及F-35“閃電ll”、俄羅斯的蘇-35、而且與F-15S／MTD／Actire向量噴口驗證機工作模式差別很大！

這個說不上誰好誰壞，無論是F-15S/MTD還是F-15 Active，它們都是試驗機，其採用的向量噴管也都是實驗產品，只不過是實驗目標不同而已。不過最值得一提的是，後者就是拿前者換裝三元向量噴管和飛控軟體改裝出來的產品。

（圖為F-15S/MTD）

（圖為F-15Active）

這兩者在外觀上的區別就僅限於不同的噴管了。不過要注意的是，F-22最終選擇二元向量噴管和F-15兩架推力向量試驗機的實驗沒有任何關係。二元噴管的F-15Active首飛於1988年，在結束試飛的1991年8月之前，YF-22的試飛工作都做完了。但是兩架原型機的實驗確實很好的驗證了兩種推力向量噴管的效能差別。

F-15S/MTD這架原型機具有很強的冷戰色彩，其編號中的S代表短距起降而MTD代表反推力，其安裝的二元收擴向量噴管在功能上比F-22都更為強大，採用了碳纖維材料，非常IMBA，噴管後端可以閉合產生反推力，有助於減少著陸距離，在空戰中迅速減速獲得空間優勢。該機的噴管也是現如今唯一一種戰鬥機上實驗過的具備反推力功能的向量噴管）

在實驗中，該機在降落時依靠反推力將起降距離均壓縮到了300米以下，並且在空戰中靈活使用反推力能取得一定的戰術優勢，噴管在兩秒鐘內就可以切換到反推力模式，而正常做動下只需要1.33秒就可以從+20°轉到-20°，響應時間甚至要比現在Su-35S上的噴管快不少，推理損失約4.6%（F-22為2%）。

根據實驗的結果，軍方認為裝備二元噴管的F-15S/MTD在各種作戰掛載下都能滿足468米長跑道上的起降需求，並且依靠超環量帶來的升力增益，該機的俯仰軸機動能力，發動機推力響應明顯要強於之後的F-15Active。從軍用推力切換到最大加力推力的時間只有普通F-15的三分之一。

不過F-15S/MTD的噴管並不是完美的。在當時，噴管反推力付出的技術代價太大，因為該機的實驗，最終美國空軍堅定了F-22採用反推力設計的決心，降落距離也放寬到了600米。

F-15Active使用的推力向量噴管我們一定不會陌生，其實就是AVEN噴管，殲-10B TVC上的噴管在技術原理和結構上就與之相似。不過AVEN噴管不具備反推力功能，除在過失速機動時具有更好的航向操作性以外，各方面相比F-15S/MTD並無優勢。