之前我們介紹過，超機動概念提出後，遭到傳統機動維護者的反對，最後不得不將其合併在“敏捷性”概念中，也就是說，超機動並不是最求別人做不到的，或是不可思議的動作，而是要將能量、速度或角速度的變化加快到敵機無法反應的程度。
這使得大迎角狀態下的大迎角軸滾轉成為熱名課題。在敏捷性概念的發展初期，滾轉率會被認為是檢驗一種飛機敏捷與否的判定基礎，因為在高 G 轉向中的滾轉，可以讓戰鬥機迅速轉換到不同的平面，甩開或者攻擊盤旋效能較好的飛機。但是大迎角軸滾轉，同時包含軸滾轉與偏航旋轉的特性，使其足以取代作戰飛機傳統意義上的轉向動作。
上面我們曾經介紹過 F/A-18 HARV 的雙機空戰試驗動作就是以大迎角滾轉達到戰機機頭指向側面敵機的目的。包括 X-29 在內的大迎角試驗飛機，其滾轉率可以達到 30~45 度/秒不等，片面轉向率（偏航）可達 20~40 度/秒，而一般的噴氣式戰鬥機瞬間最大的轉向率只有 15~25 度/秒。
F/A-18 HARV 的典型空戰動作
早期的對超機動的研究是利用飛機在大迎角狀態下的空速降低和動能過剩的效應來提高俯仰面的轉向率。然而要成 180 度轉向的機動轉向，在轉向前需要先抬頭並滾轉到水平面，轉向後則需要滾轉回水平面並低頭開加力，“赫伯斯特機動”則要先利用爬升完成大迎角並減速，在滾轉的同時完成速度軸的轉向與加速，這種機動可以再在很短的時間內完成，戰機可以通過它來完成快速發射空對空導彈並完成反向逃逸。但是在 X-31 的試驗中卻發現，大迎角軸滾轉的特性對纏鬥中也有一定的幫助，因為它不像在進行俯仰面動作會繼續增大迎角而超過控制系統的使用極限，而能夠維持 50~70 度迎角範圍內快速控制機頭指向。發展到極致就成為“直升機旋轉”，此時飛機像落葉一樣隨風旋轉，飛行軌跡雖然向下不變，但機頭與武器的指向卻可以快速瞄準 360 度以內的敵機，試飛結果表明，即使經驗有限的飛行員也很容易掌握這種機動動作，而不像其他機動那樣需要協調迎角與速度軸的變化。
完成空戰動作的測試後，X-31 計劃進入到了模擬空戰階段。在模擬空戰中 X-31 的對手仍然是 F/A-18。與 HARV 不同的是 X-31 在推重比方面具有明顯的優勢，所以在馬赫數 0.3~0.5 時 X-31 的持續機動轉向效能要高於 F/A-18，而 F/A-18 則在瞬間轉向方面全面領先。這一切都符合當初赫伯斯特的理想；“先以持續機動性設計戰鬥機，再以超機動扭轉飛機的瞬間機動效能。”
由於之前的電腦模擬顯示過失速所提的敏捷性對空戰時使用機炮的影響比較大，對導彈則完全不同。因為導彈射擊時只有迎角限制的關係，因此模擬空戰中只用機炮作為武器，飛機之間的交戰距離一般由機炮的極限射程開始，然後快速進入機炮纏鬥。從 1993 年 11 月~1994 年，在 X-31 與 F/A-18 之間進行了一系列的模擬空戰，在 X-31 飛機不使用推力向量技術與 F/A-18 飛機同向並行開始空中格鬥的情況下，16 次交戰中 F/A-18 贏了 12 次；而在 X-31 使用推力向量技術時，66 次交戰 X-31 贏了 64 次。
在與 F/A-18 的模擬空戰中 X-31 可謂大獲全勝出盡了風頭，而這些勝利都是仰仗大迎角狀態下的滾軸機動。1994 年，X-31 被轉移到美國空軍的 422 測試中隊與 F-15 和 F-16 進行空戰訓練，雖然 X-31 的超級機動效能在低速領域仍然沒有敵手，但因為 F-15 和 F-16 的推重比比 F/A-18 高出許多，因此在局勢不利的情況下，往往可以利用推重比高的優勢爬升逃逸，或者利用高度差進行攻擊。
另一方面，向量發動機與可變收斂噴口已經準備開始量產，可用改裝到現役戰鬥機或安裝到新一代的 F-22 戰鬥機上。美國對 X-31 的大迎角試驗失去了興趣，相反對戰機的隱身效能的興趣卻與日俱增。1994 年美國國防部的“聯合攻擊戰鬥機”（JAST 也就是後來的 JSF）計劃辦公室資助 X-31 進行無尾翼控制研究。由於經費有限，美國航空航天總署（NASA）僅以控制軟體來抵消垂直尾翼的作用，以向量噴口來控制飛機的偏航，並完成了 1.2 馬赫的試飛。
在無尾翼試飛期間，1 號機因空速管結冰而失去控制墜毀，2 號機則在計劃書結束後封存。1999 年，德國方面提議使用 X-31 進行短距離起降的研究，這時也是赫伯斯特所看中的未來戰鬥機最主要的三項指標之一。美國和德國重新啟封 2 號機委託波音公司進行“帶向量推力的超短距起飛著陸控制和無尾飛行研究”（VECTOR），與第一階段的 X-31 EFM（增強機動性戰鬥機）研究超機動性不同，VECTOR 研究推力向量控制下的極短距起飛和著陸技術，研究成果可以應用在未來無人機專案上。VECTOR 由美國海軍和波音公司，和德國聯邦國防科技與採購辦公室（BWB）、德國空軍第 61 試驗中心（WTD）、德國 EADS 軍用飛機公司、德國航空研究局（DLR）飛行系統科技學院共同實施。不同於 F-15S/MTD 在滑行時使用的反向推力裝置，VECTOR 計劃純粹利用了向量噴口將迎角提高到了 40 度，而使降落速度由 160 節降低到 100 節。2004 年 4 月 X-31 VECTOR 在帕特森河海軍航空站進行的試飛首次實現了自動、推力向量控制的著陸，攻角達 24 度。目前該計劃已經結束，2 號機已經被挪至德國的博物館進行靜態展示。
F-16/MATV
F-16 多軸推力向量計劃（MATV）原先是由 GE（通用電氣）GD（通用動力） 兩家公司自籌資金研究的專案，目的在於為戰隼研製推力向量噴管。美國空軍最初拒絕投資此項計劃，於是 GE 和 GD 找到了以色列空軍，以色列人表示了濃厚興趣。以色列空軍提供了一架 F-16D 用於實驗，兩家美國公司開始了改裝工作。到 1991 年，美國空軍賴特實驗室參與了此項計劃並表現得十分積極。遺憾的是，以色列空軍於 1992 年退出，可能是看不到實用化的希望。此外，戰術空軍司令部也拿出一架 F-16D Block 30 給洛克西德.福特.沃斯公司用於改裝成推力向量驗證機，稱為變穩測試機（VISTA)）。1992 年這架飛機飛行了 5 次，由於缺乏資金後被封存。
F-16/MATV 改裝示意圖
1993 年 11 月裡一系列獨特空戰拉開序幕。空戰中沒有規則限制，一些美國空軍最好的飛行員在這裡和世界上第一架裝備多軸推力向量控制發動機的 F-16 交手。他們的目的是測試推力向量控制的技術效能和過失速機動。在早期的包線擴充套件和開發試飛中，採用多軸推力向量控制技術的 F-16 已經給洛克希德和空軍的試飛員留下了深刻印象。在 4 個月裡，這種原本限制在 25 度迎角以下飛行的飛機，已經實現了無迎角限制飛行，可以完成眼鏡蛇、J 轉彎等機動以及類似直升機的動作。但這種能力是否具有真正意義的技術效能，則留待試飛計劃的操作階段來解決。
F-16/MATV 尾部裝有抗尾旋傘
過失速機動的批評家認為，戰鬥機絕對不能進入低速狀態。他們不顧敏捷性因素，認為落入低速就等同於靶機。支持者則爭辯說，推力向量提供了敏捷性優勢，使得空戰變得更慢。這類爭論大部分都是理論上的。 這就是內利斯基地的第 422 試飛評估中隊的飛行員被召來試飛 F-16/MATV 的原因。第 422 中隊擔負著為現役 F-16、F-15、A-10 和 F-4G 中隊的新裝備/系統進行試飛和發展戰術的任務。在繼愛德華茲基地（及少數來自其它試飛基地）的同僚完成了擴充套件試飛後，422 中隊開始進行作戰階段試飛，這是他們最具代表性的任務。
F-16/MATV 的多軸推力向量噴管
422 中隊選擇了兩名 F-16 的頂尖飛行員，傑?皮爾鬆少校和吉姆?漢德森上尉，來操縱和對抗 F-16/MATV。皮爾鬆在 F-16 上飛行時間超過 2,400 小時。他在群山、盧克都飛過 F-16。包括幾個正在進行的作戰試飛履歷在內，漢德森已經在 F-16 上飛行了 1,900 小時。他同時也是 F-16 的飛行教官。兩名飛行員都畢業於以嚴格著稱的美國空軍戰鬥機武器學校。
皮爾鬆和漢德森參與了早期計劃階段，當 F-16 聯合試驗隊在愛德華茲基地完成了包線擴充套件試飛後，他們很快加入 F-16/MATV 試飛。聯合試驗隊包括洛克希德、通用電氣和美國空軍的試飛員、工程師、機械員和技術員。在這些人和偉大的設計組成員的努力下，包線擴充套件階段非常順利，到進入作戰試飛階段時飛機沒有受到任何限制。但在進行超出 I 類限制（迎角大於 25 度）的飛行時，422 中隊的飛行員仍被要求將發動機推力保持在軍用推力或更高。這樣可以保持足夠高的推力，當然也就保證了向量分量。（在早期試飛計劃中曾經做過將油門拉回慢車的試驗，但除了推力向量分量減小外並沒有其它問題。）空戰高度從通常的 10,000 英尺提高到 20,000 英尺，作為附加的安全措施，以保護這架尚在試驗原型系統的飛機。
422 中隊飛行員輪流駕駛 MATV 飛機和扮演入侵者的飛機（422 中隊的 F-16 Block32）。首先進行的是一對一空戰。評估期間所採用的模擬武器是 F-16 的標準機炮（採用增大射程的 PGU-28 炮彈）、AIM-9M 和 AIM-120。整個評估過程中，422 中隊的飛行員被鼓勵飛出最高水平的基本戰鬥機動。交戰中沒有規避射擊。其目的是為了在沒有其它因素影響下，對向量推力效能進行真實的檢驗。一對一空戰分別驗證了攻擊態勢、防禦態勢和中立（對頭）態勢。戰鬥開始速度從 435 節到 250 節，用較低的速度用於模擬一場已經經過了幾個盤旋的戰鬥。
F-16 已經擁有可怕的機動性。但向量推力允許攻擊方飛行員獲得更快的攻擊佔位，也可以幫助飛行員避免一些常見錯誤如衝前或者角度滯後。入侵者仍然可以開火，但命中率要低得多，因為 F-16/MATV 比標準的 F-16 更加難以捉摸。此外，由於已經知道 F-16/MATV 可以進行過失速機動，使得攻擊方飛行員感到要採取某些防禦措施，因此改變了他的戰術以防備來自推力向量戰鬥機的真實的、或者預感到的威脅。
三種向量推力戰鬥機編隊飛行
在防禦位置，推力向量使得 F-16/MATV 可以生存更長時間。高速中立態勢一對一交戰顯示，F-16 的限制器有一定好處。限制器使得飛行員在盤旋中可以保持飛機能量而免於進入過失速區（那裡的阻力急劇增大）。如果 MATV 飛行員過早或在錯誤的時間進行過失速機動，他會很快減速，從而使入侵者獲得優勢。不過，推力向量允許 F-16 使用飛行包線中正常迎角限制器到最大迎角的區域，以獲得最大勝利（大約在 35 度迎角附近）。因此，相對 F-16，MATV 飛行員可以獲得最大盤旋能力優勢。
當空戰中速度下降，或者在一對一中立態勢轉變為攻擊或防禦態勢時，推力向量和過失速機動確實改善了 F-16 的對空作戰能力。當然，中立態勢是指對抗另一架具有良好垂直機動性的 F-16 而言。當面對另一架沒有這麼大推重比的飛機時，F-16/MATV 就可以在戰鬥中更早使用過失速機動，從而獲得明顯優勢。在一對二交戰中，422 中隊派出戴夫?多德森上尉專門扮演入侵者。多德森在 F-16 上飛行時間超過 1,000 小時，這個背景使得他成為最可怕的對手。空戰試驗包括一系列和 F-15 的空戰，以及和一架專用 F-5 以及一架 F-16 入侵者飛機交戰。像皮爾鬆和漢德森一樣，多德森也是畢業於美國空軍戰鬥機武器學校。
F-16/MATV 尾部細節
在一對二交戰中，漢德森專職扮演敵機對付 F-16/MATV，而皮爾鬆和漢德森則輪流擔任敵機和 F-16/MATV 前座飛行員。他們三個共進行了 62 次一對二空戰。在這些交戰中，入侵者總是試圖讓僚機佔據高位以便在戰鬥中獲得優勢——同時還根據戰鬥機戰術手冊進行交戰。他們的策略是當 F-16/MATV 與其前方的入侵者交戰時，從上方實施攻擊。如果這種戰術成功，將為批評家針對過失速機動的主要論點提供事實依據。這意味著，過失速機動所帶來的任何優勢都可能被對手數量上的優勢所輕易克服。
但真正的結果可能令這些批評家非常驚訝：MATV 飛機在這種不公平的交手中總是能堅持下去，並經常進行令人印象深刻的攻擊性過失速機動，從而迫使敵機改變戰術，或者減小相互支援以對付 MATV 飛機。儘管敵僚機一直試圖佔據高位，但 F-16/MATV 可以使用它的過失速機動能力獲得開火機會，或者至少在繼續和前方敵機交戰前，給予高處的僚機以一定威脅。
評估也顯示，航炮（配備增大射程的 PGU-28 炮彈）是使用最多的武器，因為格鬥中距離較近，反應時間較短。導彈僅僅在一部分時間裡使用，其中大多數都是在標準迎角限制內開火。（大迎角導彈正在研製中。事實上，在幾次飛行中，F-16/MATV 翼尖曾經掛上裝有特殊裝置的 AIM-9M，以收集在大迎角環境下作用到導彈上的振動和載荷資料。）
422 中隊飛行員的意見是：儘管推力向量永遠無法替代融會貫通的基本空戰技巧在空戰中的作用，但這種能力確實可以顯著改善飛機的攻擊力。 F-16 也從這種能力中獲益。目前該機掛載導彈後的可用迎角已經從 15 度（不對稱掛載導彈時）提高到最大升力係數迎角（35 度）甚至更高。但這種優勢在試飛計劃中並沒有刻意強調。
F-15 ACTIVE
隨著超機動技術與戰術的日益成熟，製造商開始進行實際產品的研發。普惠公司開始向量噴口的研發。通用電氣公司和普惠公司首先進行了帶俯仰推力向量和反推力功能的二元噴管試驗。後來，這兩家公司在二元向量噴管的經驗基礎上，根據各自的 F110 和 F100 發動機的特點研製了具有俯仰和偏航推力向量能力的軸對稱推力向量噴管 AVEN 和 P/YBBN 並進行了試驗。
F-15S/MTD 換裝了P/YBBN 噴口，開始了 ACTIVE 實驗
P/YBBN 主要是為了對現役戰鬥機進行改進，但在缺乏資金的情況下，普惠找到美國政府要求撥發研究經費。普惠與麥道公司合作的 F-15S/MTD 計劃可以說是常規起降戰鬥機安裝向量噴口的先驅。但是隨著蘇聯的解體，F-15 的短距起降功能已經顯得不再那麼重要了。因此 S/MTD 計劃也就沒了下文。普惠公司藉機向 NASA 建議用 F-15S/MTD 作為試驗機來測試 P/YBBN 噴口，該計劃後來被稱為“綜合飛行器先進控制技術計劃”（ACTIVE）。
計劃的研究重點是測試發動機噴口的飛行包線與發動機控制系統的最佳化。F-15 本身的大迎角機動效能並不突出，而試驗飛機又被安裝上了不少測試裝置，因此官方並沒興趣將其投入到大迎角試驗計劃當中，只要求其測試對後機身氣流的影響以及測試向量噴口降低噪聲的方法。
大角度爬升中的 F-15 ACTIVE
之前我們提到過方形的向量噴口才是雙發戰鬥機的最佳選擇，圓形噴口之間的空隙會因發生干擾流場而產生噪音與阻力，因此 F-15 加上 P/YBBN 噴口肯定是效果有限。其主要目還是幫助製造廠商檢測產品，製造廠商也表示該噴口具有雙重電力液壓控制迴路，這表示該系統可以馬上應用到單發戰鬥機上，而這才是 P/YBBN 噴口的主要市場。
ACTIVE 於 1993 年開始，花費了近兩年的時間進行相關係統設計與軟體開發，地面試驗於 1995 年開始進行，次年開始進行試飛。與以往的向量噴口的研製不同的是，過去向量噴口的研製主要集中在低速的起降或者大迎角領域，ACTIVE 則轉向高速發展。1996 年 F-15ACTIVE 完成了超聲速的俯仰與偏航的測試，並且在同年 10 月完成了將飛行速度擴充套件到馬赫數 1.95，這些資料打破了之前向量噴口研究領域的最高記錄。
P/YBBN 噴口的幾種工作模式
由於戰鬥機機翼在超音速飛行時可以產生數倍於自身重量的升力，雖然試驗用的 F-15 發動機的推力並不大，但是 P/YBBN 噴口的好處是阻力相對較小，可以通過配平控制而降低巡航阻力，而對於無尾翼飛機而言，這更是唯一控制飛機偏航的方法。
F-15ACTIVE 試驗機於 1997 年開始進行“高穩定機動控制”（HISTEC）的研究，該計劃是利用壓力測量器探測壓氣機表面的氣流扭曲現象，當發現壓氣機出現即將失速的即將是，就開啟高速噴氣閥門阻止氣流失速。這個測試也沒有進行多久，此後試驗機又回去進行噴口與控制系統的相關測試，所有的試驗工作直到 1998 年才結束。
結束語
美國在向量噴口的發展最終落實在了第四代戰鬥機的身上——F-22，這種戰鬥機採用方形發動機噴口，而在進行過失速的超機時的技巧也被用於進行未來飛行員的戰術訓練當中。然而機頭渦流為何會不對稱發生進而造成橫向不穩定的現象仍然是有待技術人員解決的問題。在經歷了大量的風洞試驗後，技術人員仍然不能掌握這一問題的成因，不過現在已經知道如何對其進行控制，在未來的計劃中，戰機的垂直尾翼已經顯得不再必要，可以去掉以降低飛機的雷達反射面積。