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兵工科技2023年3期《歼20C垂直起降战机》全新上市，喜欢的朋友可以关注兵工科技快讯进行购买！ 第六代机要具备跨代优势，不仅要具有更大的超声速巡航能力，以实现对四、第五代机“以快打慢”的能力，同时还要具有更低的耗油和更大的续航能力，以覆盖更大的攻防区域。此外，第六代战机应是一种高度智能化、自动化的作战飞机，全面应用智能结构（比如智能蒙皮、智能传感器）、主动控制技术，网络化交战技术，可能会使用激光、微波等定向能武器，并向多电、全电飞机方向发展，这些都需要强大的动力来源。这就对六代机的发动机提出了更高的要求。 航空发动机作为现代工业“王冠上的明珠”，是第六代战斗机各个子系统中最重要、研制难度最大、研制进度要求最紧的。目前在第六代战斗机配装的第六代发动机研制中，属美国航空发动机技术积累最为雄厚、研制进度最快、技术最为成熟，其重点研制的变循环发动机，有极大可能成为六代机的标志性技术。  六代机要具备跨代优势，不仅要具有更大的超声速巡航能力，同时还要具有更低的耗油和更大的续航能力 变循环发动机优势何在？ 所谓变循环发动机（英文缩写VCE，VariableCycleEngine），它是一种新构型发动机。传统航空涡轮发动机，无论是涡扇还是涡喷，发动机出来了，结构就是一定的了，设计结构固定决定了其热力循环特性也是固定不变的，因此一种发动机只能在一种模式下工作，它只能在有限的飞行包线范围内，才具备最好的性能。 而变循环发动机则不同，它可以通过改变一些部件的几何形状、尺寸和位置，来调节发动机的热力循环特性，部件的形状、尺寸和位置一变，进出的空气就变化了，发动机的几个主要性能指标，比如增压比、涡轮进口温度、空气流量和涵道比都会发生变化。这点就是变循环发动机最大的优势，传统的涡扇发动机，它的涵道比等结构是固定的，而我们知道，大涵道比的发动机，中低速性能很好，很省油，但涵道比大增加了阻力，使得飞机的高速能力下降，是一个短板。而涡喷发动机虽然速度性能好，但油耗却很高。这表明传统发动机，由于它工作模式固定，因此最佳使用范围区间较窄。 而变循环发动机则不同，它是一种多设计点发动机，即它的设计运用范围很宽，飞行包线远比现有的航空发动机大得多。当飞机需要低油耗大航程飞行时，变循环发动机就通过调节可动部件，让发动机的涵道比增大，让更多的空气走外涵道，增加飞机的航程。如果需要高速的时候，它就调节部件，让涵道比变小，减小阻力，提高涡轮进口温度，让飞机拥有更大的推力，速度更快。  采用双涵道变循环原理的Y F120发动机 目前来看，变循环发动机有几种工作模式，包括涡轮喷气模式、涡轮风扇模式，甚至于是适应更高速飞行的冲压模式，这使得飞机在亚声速、跨声速、超声速和高超声速飞行状态下，都具有良好的性能。在涡喷/涡扇变化领域，变循环发动机目前的研究重点主要是改变涵道比，如发动机在爬升、加速和超声速飞行时涵道比减小，接近涡喷发动机的性能，以增大推力；在起飞和亚声速飞行时，加大涵道比，以涡扇发动机状态工作，降低耗油率和噪声。 总之，相比于传统发动机，变循环发动机主要有耗油少、效率高，推力大、重量轻，兼容性强、成本低，零件少、用途多，寿命长、对飞行环境要求低等诸多特点。 各国变循环发动机发展情况 变循环发动机的概念，很早就提出了，早在上世纪60年代，就有了这一概念。世界知名的航空发动机公司如英国R·R公司、法国SNECMA公司、日本工业科学与技术研究所、美国GE公司等，均在持续进行变循环发动机概念和方案设计以及相关技术研究和试验验证工作。比如，英国提出有分排、混排涡扇和涡喷3种循环方式的选择放气式变循环发动机概念，法国SNECMA公司提出双压缩系统变循环发动机概念，日本牵头开展了变循环发动机验证机“HYPR90－T”的技术研究与验证。 然而，变循环真正在工程技术层面实现，是由美国GE公司完成的。在众多变循环发动机研制公司当中，美国GE公司研究时间最为持久，程度最为深入，研究水平最高，一直引领着世界变循环发动机技术的发展。GE公司从早期的变循环发动机概念提出，到目前具有实际使用功能的F120发动机的研制成功，设计概念和设计方法大致经历了五次大的技术发展，推出了具有代表性的5代变循环发动机，分别是YJ101、GE21、GE37、可控压比发动机和ADVENT发动机。  GE公司研制的ADVENT发动机，可以看作是第六代变循环发动机的核心机 其中，ADVENT技术研发计划的目的是，制造一台采用变循环技术的验证机，发展和验证进气道、发动机、排气喷管和综合热管理技术，以获得在大的高度和飞行速度范围内性能最佳的推进系统，以达到两个目的：一是改善性能；二是提供一组可以很容易地自适应和变化尺寸来满足不同平台和不同任务要求的发动机技术。ADVENT发动机计划的第一阶段已经圆满结束，在与罗尔斯·罗伊斯公司的合作研发中，在风扇、压气机和涡轮等核心部件上取得突破，研制出验证机核心机。 这一目的很好地达到了，其中：下一代LEAP高压压气机、用于燃烧室和高压涡轮的高温陶瓷基复合材料、以及增材制造部件等，可以使发动机燃油效率提高25%，飞机的作战航程增加30%，发动机的推力也比目前最先进的军用战斗机发动机（指F135）提高5%～10%。其中高温陶瓷基复合材料，是世界上第一次成功实现工程应用。虽然没有公布具体的涡轮前燃温度，但据GE公司披露，ADVENT验证机的涡轮前燃温度超过了F119，创造了新的世界纪录，这为其实现超高推力和推重比打下了坚实基础。 第二阶段为期四年，由普惠公司和GE公司两大巨头合作完成，主要目的是完成验证机的台架试车试验，验证核心机和风扇、燃烧室、高压压气机等主要部件的运行情况。这一阶段如果能于2016年成功结束，就意味着变循环发动机的验证机（即核心机）已经成熟。根据发动机的研制规律，我们知道一般有技术预研、核心机研究、原型机研制、批生产等四个阶段，核心机成功，意味着原型机的研制即将展开，第六代发动机将正式进入工程研发阶段。  普惠公司在齿轮传动发动机PW1000基础上研制的变循环发动机PW9000 结语 目前，国内对于变循环发动机技术的原理、机理和结构已经展开了广泛的技术预研，并取得了一定的成果，对其关键部件的预研和攻关也已经展开。目前，中国第六代战斗机已经展开研究，相信与其配套的六代机动力系统——变循环发动机也不会缺席。 |
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