東山再起的變循環(huán)

　　1991年，美國空軍“先進戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機”競標塵埃落定，一向追求先進技術(shù)的美軍在這次招標中選擇了技術(shù)相對保守的YF119，而不是采用自適應變循環(huán)技術(shù)的YF120發(fā)動機。

　　然而，隨著技術(shù)的逐漸成熟，曾經(jīng)“落馬”的變循環(huán)技術(shù)卻在近年東山再起。自2012年美國空軍與通用電氣公司簽訂合同研發(fā)“具有三涵道和自適應循環(huán)風扇的發(fā)動機”以來，通用電氣公司采用變循環(huán)技術(shù)的發(fā)動機先后取得多項突破,有望成為美軍下一代航空發(fā)動機。美軍在下一代戰(zhàn)斗機的研制規(guī)劃中，明確提出“戰(zhàn)區(qū)滯空時間提高50%，油耗降低25%，飛行航程增加35%”三項要求，變循環(huán)技術(shù)為這三項要求提供了有效的解決方案。

　　“變”之道如何實現(xiàn)

　　現(xiàn)代戰(zhàn)斗機大都采用渦扇式發(fā)動機。在渦扇式發(fā)動機中，風扇吸入空氣后，一部分空氣進入核心發(fā)動機(也稱內(nèi)涵道)與燃料混合燃燒后排出;而另一部分空氣被風扇吸入后，繞過核心發(fā)動機進入外涵道，不進行燃燒，直接與內(nèi)涵道內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣體混合后排出，形成推動飛機前進的推力。

　　由于自外涵道流入的大量氣流降低了總體噴氣的平均速度和溫度，大涵道比(通過外涵道的空氣流量與通過內(nèi)涵道的空氣流量之比稱為涵道比)發(fā)動機具有較高的推進效率和熱效率，意味著在等量燃料量下能產(chǎn)生更大的推力。但是，大涵道比發(fā)動機較大的風扇體積，直接導致發(fā)動機受風面積加大，阻力劇增，不利于高速飛行。

　　主流的軍用渦扇式發(fā)動機多采用小涵道比，以求得在油耗和速度之間的折中。而以較低速飛行且側(cè)重經(jīng)濟性的民用航空發(fā)動機多采用大涵道比發(fā)動機，如波音787的勞斯萊斯瑞達發(fā)動機涵道比為10∶1。

　　“魚”和“熊掌”可以兼得

　　在普通渦扇式發(fā)動機上，內(nèi)、外涵道結(jié)構(gòu)固定，因而無法改變涵道比。變循環(huán)發(fā)動機通過改變涵道比，同時兼容大、小涵道比的優(yōu)點，滿足了在不同作戰(zhàn)環(huán)境下的需求。原理在于其有多路涵道，可通過涵道上的活門開關(guān)，改變進入內(nèi)、外涵道的空氣流量，實現(xiàn)適應不同作戰(zhàn)背景的靈活切換。通過調(diào)節(jié)涵道比，航程和速度不再是不可兼得的“魚”和“熊掌”，戰(zhàn)機在高速和低速時都能獲得性能優(yōu)勢。

　　從螺旋槳發(fā)動機到渦噴發(fā)動機，戰(zhàn)機進入了“更高更快”的噴氣時代;從渦噴發(fā)動機到渦扇發(fā)動機，空戰(zhàn)從“高空高速”邁入強調(diào)“能量優(yōu)勢”的第三代戰(zhàn)斗機時代。戰(zhàn)機發(fā)動機的每一次重大技術(shù)革新，都改變了空中軍事力量對比。在可以預見的將來，變循環(huán)發(fā)動機將使戰(zhàn)機同時獲得航程和速度的提升，形成新的空中優(yōu)勢。

原文標題：為六代機插上翅膀！美國研究的變循環(huán)發(fā)動機有多強？

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