AVEN的起源
AVEN诞生于20世纪90年代初飞机工程师面临的一个简单问题：如果发动机本身可以提高飞机的机动性呢？
几十年来，军用飞机几乎完全依靠传统的空气动力学面——副翼、襟翼、方向舵——来操纵。这些控制面在飞机的大部分飞行包线中工作得非常好，但它们的有效性会随着速度和运行条件而变化。随着战斗机被推动变得更加敏捷，以执行要求苛刻的空战任务，工程师们开始寻找另一种控制来源。
答案是推力矢量。
推力矢量技术不仅依赖于机翼和控制面上的气流，还允许飞机使用发动机本身来帮助操纵飞机，从而改变发动机的排气方向。因此，工程师们转而设计矢量喷嘴，以与现有发动机集成。
最开始创建了二维（矩形）喷嘴，采用相对平坦的襟翼将发动机的推力引导到单个轴上（即俯仰或偏航，但不是两者）。虽然单轴推力矢量技术做了传统喷嘴做不到的事情，但二维喷嘴的局限性阻碍了它们的有效性；它们增加了发动机的巨大重量，造成了流量损失，或者需要笨重、复杂的喷嘴设计，增加了重量，降低了效率，并使维护变得复杂。
就在那时，通用电气航空航天设计了一种不同的方法——轴对称矢量排气喷嘴。
GE的AVEN没有将发动机的自然圆形排气转换为二维（矩形）喷嘴，而是保留了发动机的轴对称流动，同时实现了任何方向的多向推力矢量控制。该设计保留了传统可变面积收敛-发散喷嘴的效率，同时增加了精确引导推力的能力。同样重要的是，它被设想为一个可以适应现有喷嘴配置的系统，而不需要一个全新的推进架构。它操作简单，重量轻，制造相对便宜。
该喷嘴是作为多轴推力矢量控制（MATV）计划的一部分，在一架专门的F-16上进行的推力矢量控制研究项目的一部分。20世纪90年代，它在加利福尼亚州爱德华兹空军基地进行了测试，在95架次飞行中累计进行了87小时的地面测试和135小时的飞行。该程序证明，轴对称矢量喷嘴可以在不牺牲整个飞机运行包线性能的情况下提供可靠的多向推力矢量。
AVEN使用的必要性
正如AVEN诞生于一代人定义的运营问题一样，X-BAT也是如此：跑道越来越容易受到攻击。
在现代战争游戏中，地面损失的飞机比空中损失的飞机多。在过去的30年里，国防工业一直在开发越来越隐形的飞机，以提高空中生存能力，但这些飞机在地面上仍然非常脆弱。固定基础设施比以往任何时候都更容易瞄准，投射战斗力越来越取决于在船只、岛屿、高速公路和远征地点分散飞机的能力。然而，组成今天部队的传统飞机无法单独满足这一迫切需求。
垂直起降是地面生存能力的基本推动因素。从一开始，shield ai就知道X-BAT需要垂直发射和回收，同时保持战术打击平台的速度、航程、有效载荷和生存能力。垂直起降使其几乎可以在任何地方发射和降落，将世界变成跑道，而不是将行动限制在有限数量的固定空军基地。通过消除对跑道的依赖并实现持续的机动性，垂直起降从根本上提高了地面的生存能力。然而，满足这些要求使推进成为该计划最大的技术挑战之一。
在垂直起飞、悬停和着陆过程中，推进系统成为飞机保持姿态的主要手段。对喷嘴的要求与常规向前飞行时的要求完全不同。推进系统必须能够执行快速、精确的控制动作，以垂直运行。
当shield AI评估推进概念时，AVEN脱颖而出。它的多向推力矢量技术实现了远征足迹所需的推进灵活性，它的飞行历史可以更加相信底层硬件是有效的。与其从一个全新的推进系统开始，shield AI可以在几十年的工程知识的基础上，集中精力使技术适应一个完全不同的任务。
赋予AVEN第二次生命
最初的AVEN项目已经回答了推进发展中一些最困难的问题。通用电气航空航天公司的工程师花了数年时间设计、测试和飞行喷嘴，最终通过数百小时的测试展示了其功能。这代表了Shield AI不必重新创建的大量工程工作。
但20世纪90年代飞行的AVEN旨在提高前飞的机动性。X-BAT要求AVEN做一些根本不同的事情。在垂直起飞和着陆过程中，喷嘴成为飞机的主要飞行控制系统，不断改变推力方向，以保持原始程序不需要测试的速度和精度水平的姿态。转换AVEN以满足这些需求意味着重新思考喷嘴如何启动、如何与发动机连接以及如何与飞机的飞行控制系统通信。
X-BAT的推进系统很简单：一个安装在飞机中心的喷气发动机，类似于F-16。起飞时，发动机点燃加力燃烧室以产生垂直发射所需的推力，而AVEN则精确地控制推力。许多现代战斗机已经产生了比自身重量更大的升力，但通常在跑道上起飞时会使用额外的动力。X-BAT利用这种相同的能力垂直起飞，同时仍能达到与当今战斗机相当的性能。对于着陆，挑战转移到调节推力以与飞机的重量紧密匹配，AVEN不断调整推力方向以保持稳定、受控的下降。
shield AI与GE的团队合作，直接从仓库中取出AVEN翻新了其原始硬件，将其与F110-GE-129E发动机集成，并使其恢复运行。shield AI的团队完成了该推进系统的集成、驱动和发动机点火测试，验证了喷嘴、发动机、执行器和控制系统作为一个单一的集成推进系统运行。这标志着自三十多年前最初的飞行计划以来，首次完全集成的AVEN测试活动。
两者的共同成功表明，20世纪90年代开发的推进技术可以成功地用于支持下一代自动驾驶飞机。更重要的是，它为X-BAT的垂直飞行测试扫清了道路，AVEN将从实验性的推力矢量喷嘴过渡到推进系统，使飞机能够起飞、悬停、过渡和着陆。
从经过飞行验证的硬件开始，X-BAT的开发时间大大加快。与其花费数年时间开发和鉴定一种全新的喷嘴架构，可以将工程工作重点放在解决垂直飞行特有的挑战上，并根据任务集修改喷嘴。这使shield ai能够在很短的时间内从集成转移到地面测试，同时降低了过程中的技术风险。
超越AVEN集成
AVEN是X-BAT计划中最令人兴奋的方面之一，这不仅仅是在保护一段重要的航空航天历史；也正在扩展它。通过将几十年的推进工程与现代自主性和全新的飞机架构相结合，将一项为一项任务而构建的技术转化为其原始设计师从未想象过的东西基础。
Shield AI可能已经成功地将AVEN与F110-GE-129E集成在X-BAT开发中，但这项工作并没有就此结束。今天的AVEN测试不是最终版本。与X-BAT上的每个组件一样，它将继续发展。联合团队正在围绕现代材料、现代制导和控制系统以及现代生产技术重新设计喷嘴，同时保持原始的、经过飞行验证的设计作为基准。未来的迭代将变得更快、更轻、更灵敏，并针对自主垂直飞行进行优化。随着X-BAT的成熟，为其提供动力的推进系统也将成熟。
值得注意的不仅仅是AVEN继续改进。这是一项最初旨在探索战斗机机动性极限的技术，现已成为完全不同一代飞机的基础。第一章证明了多向推力矢量可以工作，第二章将证明这种能力可以实现什么。
原文作者：
Shiva Vallabhanei是Shield AI X-BAT的高级推进工程师，负责飞机推进系统的开发和集成。他带来了飞机推进、推力矢量和系统集成方面的专业知识。在加入Shield AI之前，Shiva曾在SpaceX从事推进测试和开发工作，支持从发动机开发到飞行的五次星际飞船发射。他拥有普渡大学航空航天工程学士和硕士学位。
