東山再起的變循環(huán)
1991年，美國(guó)空軍“先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)”競(jìng)標(biāo)塵埃落定，一向追求先進(jìn)技術(shù)的美軍在這次招標(biāo)中選擇了技術(shù)相對(duì)保守的YF119，而不是采用自適應(yīng)變循環(huán)技術(shù)的YF120發(fā)動(dòng)機(jī)。
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?yáng)|山再起。自2012年美國(guó)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(yīng)循環(huán)風(fēng)扇的發(fā)動(dòng)機(jī)”以來(lái)，通用電氣公司采用變循環(huán)技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)先后取得多項(xiàng)突破,有望成為美軍下一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)。美軍在下一代戰(zhàn)斗機(jī)的研制規(guī)劃中，明確提出“戰(zhàn)區(qū)滯空時(shí)間提高50%，油耗降低25%，飛行航程增加35%”三項(xiàng)要求，變循環(huán)技術(shù)為這三項(xiàng)要求提供了有效的解決方案。
“變”之道如何實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)大都采用渦扇式發(fā)動(dòng)機(jī)。在渦扇式發(fā)動(dòng)機(jī)中，風(fēng)扇吸入空氣后，一部分空氣進(jìn)入核心發(fā)動(dòng)機(jī)(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(fēng)扇吸入后，繞過(guò)核心發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入外涵道，不進(jìn)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(dòng)飛機(jī)前進(jìn)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(guò)外涵道的空氣流量與通過(guò)內(nèi)涵道的空氣流量之比稱為涵道比)發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的推進(jìn)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(dòng)機(jī)較大的風(fēng)扇體積，直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)受風(fēng)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(dòng)機(jī)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(jì)性的民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)多采用大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)，如波音787的勞斯萊斯瑞達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比為10∶1。
“魚”和“熊掌”可以兼得
在普通渦扇式發(fā)動(dòng)機(jī)上，內(nèi)、外涵道結(jié)構(gòu)固定，因而無(wú)法改變涵道比。變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)改變涵道比，同時(shí)兼容大、小涵道比的優(yōu)點(diǎn)，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(guò)涵道上的活門開關(guān)，改變進(jìn)入內(nèi)、外涵道的空氣流量，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同作戰(zhàn)背景的靈活切換。通過(guò)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(jī)在高速和低速時(shí)都能獲得性能優(yōu)勢(shì)。
從螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)到渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，戰(zhàn)機(jī)進(jìn)入了“更高更快”的噴氣時(shí)代;從渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)到渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，空戰(zhàn)從“高空高速”邁入強(qiáng)調(diào)“能量?jī)?yōu)勢(shì)”的第三代戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)代。戰(zhàn)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的每一次重大技術(shù)革新，都改變了空中軍事力量對(duì)比。在可以預(yù)見的將來(lái)，變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)將使戰(zhàn)機(jī)同時(shí)獲得航程和速度的提升，形成新的空中優(yōu)勢(shì)。
原文標(biāo)題：為六代機(jī)插上翅膀！美國(guó)研究的變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)有多強(qiáng)？
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