發展趨勢和方向

三涵道變循環發動機

從發展趨勢來看，采用自適應循環的三涵道渦扇發動機有諸多優點，如可以實現整個包線內最經濟的燃油效率；由于第三股氣流的冷卻，發動機的綜合熱管理和排氣冷卻更容易實現，整機的隱身性能更好。但從技術風險的角度考慮，雖然美國已經歷經5代變循環技術的發展，采用變循環技術的風險還是很高，其中涉及到先進的耐高溫材料、第三涵道可調機構等難題。同時，從經濟可承受性和效費比的角度考慮，美國計劃裝備的新一代LRS-B轟炸機數量在100～200架，單獨為其新研一型發動機可能性較小，更可能的是結合第六代戰斗機動力發展進行研制。

從美國自適應循環發動機技術預研過程可以看到，在第一階段（2007-2009年）由羅羅和GE公司承擔的ADVENT項目，驗證了用作下一代亞聲速轟炸機動力的低油耗技術，其核心機尺寸相對較小，并且完成了全尺寸驗證機的研制；第二階段（2013-2017年）由GE和普惠公司開展的重點針對超聲速戰斗機動力的自適應循環發動機技術開發（AETD）項目，核心機尺寸增大，并驗證了先進的加力燃燒室技術，但在技術方向上并無明顯的改變。

基于現有發動機技術發展

從當前美國和俄羅斯遠程轟炸機動力的發展來看，另一種發展途徑是對現有發動機進行改進升級或者采取成熟的核心機，這種途徑的研制風險較低，并且具有較高的經濟可承受性。俄羅斯針對新一代遠程轟炸機PAK-DA動力的發展，曾提出采用4臺推力為152～176.5kN的“117S”級渦扇發動機。據稱：為了降低研發費用，LRS-B將使用大量的現有技術，尺寸比B-2轟炸機更小，很可能只有B-2的一半大，可能配備兩臺發動機，其性能應該與F135發動機相似，而且在“系統家族”方案中，提出了采用F135-PW-100發動機技術發展遠程轟炸機動力的方案。

遠程轟炸機動力發展思考

要從實際國情出發

美國的技術基礎雄厚，新一代遠程轟炸機動力的選項也較多，采用自適應發動機雖然存在較大風險，但也是可以實現的；從目前的AETD項目發展來看，GE公司繼2014年實現首臺三涵道自適應循環發動機試車后，于2015年6月通過了由美國空軍、海軍、航空航天局（NASA）和洛克希德·馬丁公司聯合組織的初始設計評審（PDR），并將在自適應發動機轉移項目（AETP）下繼續驗證其自適應循環設計，以及后續爭取轉入工程與制造發展（EMD）階段；其AETD發動機預計可在2020年代中期為美國最先進的戰斗機提供動力，能夠滿足LRS-B遠程轟炸機對發動機的需求。

俄羅斯由于經濟和技術儲備上的原因，不具備更先進遠程轟炸機動力發展條件，更難實現具有革新意義的自適應循環發動機的研制。原本宣布其新一代戰略轟炸機PAK-DA在2019年實現首飛，但是在2015年10月宣布順延到2023年以后進行，并稱將集中精力恢復Tu-160戰略轟炸機的生產，動力方面轉向升級改進現役的Tu-160轟炸機配裝的NK-32渦扇發動機，這也是俄羅斯從國家戰略需求、現有工業基礎與技術能力以及經濟可承受性等方面綜合考量的結果。

遠程戰略轟炸機是大國重器，要結合國家自身的戰略需求和實際的作戰任務確定；而配套動力的發展同樣需要結合本國的技術能力與工業基礎進行權衡。因此，在遠程轟炸機及其動力的發展上，不能盲目跟風，要在明確未來作戰任務需求和分析自身條件的基礎上，提出切實可行、具有較高效費比的發展途徑。

探索自適應變循環方案

自適應變循環發動機代表了當前遠程轟炸機以及戰斗機動力的發展方向，美國認為，該技術對于美國保持發動機技術領域的優勢地位，全面提升飛機的性能具有里程碑意義。目前ADVENT和后續的AETD計劃研究的“可變循環推進系統”，可以使耗油率下降25％以上，遠程轟炸機裝備自適應循環發動機后，可以降低飛機的起飛重量，獲得大的作戰半徑，通過選擇較經濟的巡航高度飛行，可以縮短轟炸機從基地到目標區的飛行時間，提高安全通過敵方防空系統的能力。

從羅羅、GE和普惠公司開展的發動機技術研究內容可看出，變循環技術是3家公司的共同選擇，只是在具體技術方案上各有側重，這與各公司不同的研究基礎不無關系。2010年，普惠拋出滿足ADVENT和高能效渦輪發動機（HEETE）計劃的下一代發動機PW9000，該發動機可以看作是將F135的低壓轉子和PW1000G核心機組合到一起，能夠大幅降低耗油率。PW9000的最大創新是自適應渦輪和自適應風扇，這兩種技術組合起來能夠達到美國空軍要求油耗降低30％的要求。GE在ADVENT和AETD項目研制的變循環發動機，基于現有的LEAP核心機，采用了F120發動機的變循環技術，其自適應發動機首臺核心機的測試已經完成，并實現變流量工作；據報道，其核心機是目前GE采用的增壓比最高的軍用核心機。羅羅北美公司承擔了美國空軍研究實驗室（AFRL）的ADVENT和HEETE項目，并與美國海軍合作開展了另一種用于艦載戰術飛機和情報、監視與偵察（ISR）飛機的變循環發動機的研制工作，項目名為變循環先進技術（VCAT）項目。羅羅北美公司前身為美國艾利遜公司，其變循環核心機據稱是基于RB282高壓壓氣機和F136發動機的熱端部件發展，并應用HEETE計劃驗證了先進極高壓比壓氣機和先進的熱管理系統技術。

針對變循環發動機的主要特征部件和關鍵技術，我國須及早開展相關技術研究和驗證。同時，自適應變循環發動機沒有固定的模式，上述3家公司采取了不同的方案均得以實現，從方案研究的角度來說，我國應根據自身的技術優勢和基礎條件，探索不同的方案。

文/弓升、李瑞軍，中航工業沈陽發動機設計研究所，高級工程師 原載于《國際航空》2016年第2期

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