為六代機插上翅膀！美國研究的變循環發動機有多強？

東山再起的變循環

1991年，美國空軍“先進戰術戰鬥機”競標塵埃落定，一向追求先進技術的美軍在這次招標中選擇了技術相對保守的YF119，而不是採用自適應變循環技術的YF120發動機。

然而，隨着技術的逐漸成熟，曾經“落馬”的變循環技術卻在近年東山再起。自2012年美國空軍與通用電氣公司簽訂合同研發“具有三涵道和自適應循環風扇的發動機”以來，通用電氣公司採用變循環技術的發動機先後取得多項突破,有望成為美軍下一代航空發動機。美軍在下一代戰鬥機的研製規劃中，明確提出“戰區滯空時間提高50%，油耗降低25%，飛行航程增加35%”三項要求，變循環技術為這三項要求提供了有效的解決方案。

“變”之道如何實現

現代戰鬥機大都採用渦扇式發動機。在渦扇式發動機中，風扇吸入空氣後，一部分空氣進入核心發動機(也稱內涵道)與燃料混合燃燒後排出;而另一部分空氣被風扇吸入後，繞過核心發動機進入外涵道，不進行燃燒，直接與內涵道內產生的高温氣體混合後排出，形成推動飛機前進的推力。

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

主流的軍用渦扇式發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重經濟性的民用航空發動機多采用大涵道比發動機，如波音787的勞斯萊斯瑞達發動機涵道比為10∶1。

“魚”和“熊掌”可以兼得

在普通渦扇式發動機上，內、外涵道結構固定，因而無法改變涵道比。變循環發動機通過改變涵道比，同時兼容大、小涵道比的優點，滿足了在不同作戰環境下的需求。原理在於其有多路涵道，可通過涵道上的活門開關，改變進入內、外涵道的空氣流量，實現適應不同作戰背景的靈活切換。通過調節涵道比，航程和速度不再是不可兼得的“魚”和“熊掌”，戰機在高速和低速時都能獲得性能優勢。

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