全球大混乱之际，美国低调宣布六代机重磅进展，20年差距又已拉开|发动机|涡扇|涵道|涵道比|燃油

最近这段时间，印度疫情、巴以冲突、纳卡冲突一波接着一波，夜空如白昼的加沙火箭弹攻防战吸引了全球的目光，以至于美国六代机的重磅进展都无人问津——美国通用电气公司的首台XA100变循环发动机已经完成测试。

◎通用电气XA100变循环发动机验证机

首先来介绍一下变循环发动机。变循环发动机并不是什么新鲜概念，早在上世纪50年代美国就提出了变循环发动机这一概念，只不过受限于当时的航空技术和材料科学，当时变循环发动机工作模式相对简单一些，比如SR-71“黑鸟”侦察机搭载的J58就是涡轮-冲压组合式变循环发动机。

变循环发动机中的“循环”指的是热力循环，以涡喷发动机为例，其热力循环分为四个阶段：压缩-加热-膨胀-放热，这是理想状态下的热力循环。涡喷发动机工作原理很简单，但是由于进入发动机的空气全部需要燃料混合加热，所以涡喷发动机的油耗很高，燃油经济性很差，低速性能也不好，但是高空高速性能很好。

为了解决涡喷发动机的这一缺点，涡扇发动机应运而生。涡扇发动机的热力循环和涡喷发动机是一样的，也是压缩-加热-膨胀-放热这四个阶段，但是它与涡喷发动机不同的是，它多了一个风扇和一个外涵道，流经外涵道的空气不需要燃料混合加热，加热和膨胀这两个热力循环过程相比涡喷发动机要省油很多，因此其燃油经济性要比涡喷发动机好很多。但与此同时它的缺点相应也很明显，那就是功率低且高空高速性能差。民用飞机可以接受这两个缺点，但是军用飞机就不行了，于是带加力燃烧室的军用涡扇发动机就出现了。不过即便是带加力燃烧室的涡扇发动机，也无法各种工况下兼顾到高功率和低油耗，既然如此，那么为什么不把涡喷和涡扇结合起来呢？变循环发动机这不就来了。

◎XA100变循环发动机的主要特点图示

理论上来说，改变发动机的涡前温度、增压比、进气流量以及涵道比都能改变发动机的热力循环，打造出一台各种工况下都有近乎完美表现的航空发动机，但就目前的航空科技和材料科学水平来看，还是改变涵道比最具可行性。

如果涡扇发动机的涵道比能够根据飞行需求自如变化，那就相当于实现了涡喷和涡扇的优势互补，亚音速增加涵道比，追求低油耗，超音速减小涵道比，追求高功率，在涡喷和涡扇之间自如切换，实现发动机效率的最大化。这就是变循环发动机的基本原理。

目前美国的通用电气和普惠的变循环发动机都走的是变涵道比路线，而且都是在传统的内外涵道基础之上增加了第三个流道，根据工况自适应调整涵道比和风扇压力，进而提高燃油经济性和推力性能。通用电气XA100变循环发动机测试的结果显示，该型发动机较目前最先进的涡扇发动机推力提高10%，燃油效率提高25%，航程增加30%，性能超出预期。