米国的新一代发动机计划

美国航空业瞄准 2018 左右的天空，正在用一系列的、复杂的而又精密配合的计划，开发新一代的航空发动机。这个正在轰轰烈烈、交互支持地推进的庞大计划体系的核心之一，就是一个被称作 ACE 的技术。ACE 在这里是 Adaptive Cycle Engine 的缩写，可以翻译为适应性循环发动机。

　　ACE 适应性循环发动机技术是 GE 变循环发动机技术的进一步发展。GE变循环可以实现发动机在涡轮喷气模式和小涵道比涡轮风扇发动机模式之间的转换，而 ACE 适应性循环则进一步扩大了转换的范围——发动机不但可以用涡喷模式在高速工作，也可以用较大涵道比的涡扇模式在起飞、空中待机之类的低速下非常省油、非常高效率地工作。甚至有人认为，以 ACE 为核心的下一代发动机标志着航空发动机的又一次革命，就类似从涡轮喷气发动机到涡轮风扇发动机的革命。GE 的YF120 变循环在航空发动机业有非常重要的地位，就是指这个 ACE 适应性循环很可能是下一代发动机的核心技术。ACE 在近似涡喷模式和较大涵道比涡扇模式间的转换，非常值得谈的，有两个关键、一个细节、和一个感慨。

　　第一个关键是低压转子风扇后的涵道活门（下图中下方最左边方块所示）可以改变发动机的涵道比。低速时活门开启，低压转子风扇把大部分气流排放到涵道中而不进入核心机；高速时活门关闭，则相当部分气流进入核心机。这与 GE 变循环在原理上一样，但技术的进步会使 ACE 的这一段有大得多的变化范围。这个大得多的变化范围主要通过两方面实现：一是为驱动这两级低压转子风扇使用了两级低压涡轮而不是 GE 变循环中的单级低压涡轮，并且针对低压涡轮有热端创新；二是低压转子风扇及其前、后的可变距静子叶片虽技术进步而可以通过前面说的两级低压涡轮和热端创新而提供的巨大功率变化而在大范围改变压比。关于可变距风扇/压气机导向叶片，已经在五六十年代的 J79 发动机上大量使用，并在诸如 F100、F119 等许多发动机上使用，是非常成熟并在继续发展的技术。
第二个关键是第二级低压转子风扇的外端，所谓外涵道叶片上风扇（上图中上方最左侧方块所示）。这个创新性的外风扇在低速时，可以通过前述两级低压涡轮提供的巨大功率、在可变距静子叶片的协助下以高压比工作，增加发动机的涵道比；在高速时，因为低压涡轮提供功率减小，外涵道叶片上风扇在可变距静子叶片的协助下以低压比工作，提供类似现有发动机的外廓气流的作用
一个细节是高压转子风扇的进口导向叶片
目前基于常规涡轮风扇发动机的 F119，可以使 F-22 以大于一点五倍音速巡航；以 ACE 适应性循环发动机为动力的下一代超音速飞机大概可以高达二点四倍音速的速度巡航。


美国航空业瞄准 2018 左右的天空，正在用一系列的、复杂的而又精密配合的计划，开发新一代的航空发动机。这个正在轰轰烈烈、交互支持地推进的庞大计划体系的核心之一，就是一个被称作 ACE 的技术。ACE 在这里是 Adaptive Cycle Engine 的缩写，可以翻译为适应性循环发动机。

　　ACE 适应性循环发动机技术是 GE 变循环发动机技术的进一步发展。GE变循环可以实现发动机在涡轮喷气模式和小涵道比涡轮风扇发动机模式之间的转换，而 ACE 适应性循环则进一步扩大了转换的范围——发动机不但可以用涡喷模式在高速工作，也可以用较大涵道比的涡扇模式在起飞、空中待机之类的低速下非常省油、非常高效率地工作。甚至有人认为，以 ACE 为核心的下一代发动机标志着航空发动机的又一次革命，就类似从涡轮喷气发动机到涡轮风扇发动机的革命。GE 的YF120 变循环在航空发动机业有非常重要的地位，就是指这个 ACE 适应性循环很可能是下一代发动机的核心技术。ACE 在近似涡喷模式和较大涵道比涡扇模式间的转换，非常值得谈的，有两个关键、一个细节、和一个感慨。

　　第一个关键是低压转子风扇后的涵道活门（下图中下方最左边方块所示）可以改变发动机的涵道比。低速时活门开启，低压转子风扇把大部分气流排放到涵道中而不进入核心机；高速时活门关闭，则相当部分气流进入核心机。这与 GE 变循环在原理上一样，但技术的进步会使 ACE 的这一段有大得多的变化范围。这个大得多的变化范围主要通过两方面实现：一是为驱动这两级低压转子风扇使用了两级低压涡轮而不是 GE 变循环中的单级低压涡轮，并且针对低压涡轮有热端创新；二是低压转子风扇及其前、后的可变距静子叶片虽技术进步而可以通过前面说的两级低压涡轮和热端创新而提供的巨大功率变化而在大范围改变压比。关于可变距风扇/压气机导向叶片，已经在五六十年代的 J79 发动机上大量使用，并在诸如 F100、F119 等许多发动机上使用，是非常成熟并在继续发展的技术。
第二个关键是第二级低压转子风扇的外端，所谓外涵道叶片上风扇（上图中上方最左侧方块所示）。这个创新性的外风扇在低速时，可以通过前述两级低压涡轮提供的巨大功率、在可变距静子叶片的协助下以高压比工作，增加发动机的涵道比；在高速时，因为低压涡轮提供功率减小，外涵道叶片上风扇在可变距静子叶片的协助下以低压比工作，提供类似现有发动机的外廓气流的作用
一个细节是高压转子风扇的进口导向叶片
目前基于常规涡轮风扇发动机的 F119，可以使 F-22 以大于一点五倍音速巡航；以 ACE 适应性循环发动机为动力的下一代超音速飞机大概可以高达二点四倍音速的速度巡航。