渦噴、渦扇、衝壓三種模式，以一頂三的變循環航空發動機原理是什麼？

Fly Knight/文

變循環航空發動機（VCE）指的是通過改變航空發動機一些部件的幾何形狀、尺寸或位置來改變它熱力循環的發動機。它能以渦噴、渦扇或衝壓等不同工況下工作，其原理是改變航空發動機的增壓比、渦輪前溫度、空氣流量和涵道比，可以讓發動機在各種飛行和工作狀態下都具備良好的性能。

根據航發公司的研究數據顯示，變循環發動機可使亞音速飛機的航程和續航時間增加30%和70%，使超音速飛機的航程和續航時間增加40%和80%。如果相應技術得以應用，會讓飛機的整體性能提升一個台階，可謂是具有里程碑意義的重大進步！

變循環發動機目前主要研究方向是改變涵道比。變循環發動機在常態下是一台低涵道渦扇發動機或帶有外涵道的渦噴發動機。當速度提升時，渦扇的前風扇會停止工作並調整到阻力最低的狀態，例如關閉外涵道，這時就會成為一台渦噴發動機。當速度進一步提升時，渦噴發動機會關閉進氣道，並開啟外涵道在外涵道末端點火，這時就成為了衝壓發動機。理想狀態下，一台變循環發動機就集三種發動機的性能優勢，可以高效應對低速飛行到高超音速飛行的情況。

變循環發動機在爬升、加速和超音速飛行時減小涵道比，以增大推力。在起飛和亞音速飛行時，增加涵道比，以降低耗油率和噪音。它能有效應對亞音速飛行和超音速飛行間的固有矛盾，還能減小推進系統的安裝損失，提高航發性能，達到事半功倍的效果。

世界上最早的投入使用的變循環發動機是SR-71「黑鳥」搭載的J58渦輪-衝壓組合式變循環發動機，它是普·惠公司的獨門法寶。「黑鳥」從誕生之日起仍然保持一系列的速度和平飛高度紀錄，可謂是航空史上的一個奇蹟。但是由於渦輪-衝壓組合式變循環發動機理念太過超前，這種技術並未得到大規模應用。

從1960年代開始，戰鬥機是變循環發動機的最大推動力。隨著飛機的飛行包線不斷擴大，只有變循環發動機才能滿足戰鬥機多飛行狀態的性能要求。隨著工程師更加關注飛機機體和推進系統一體化設計，變循環發動機還能減少溢流和後體阻力。

通用電氣（GE）在這方面的研究處於領先位置。早在1976年，GE就在第一代變循環發動機中引入了可調面積涵道引射器（VABI）。GE研發的第三代變循環發動機是F120，它還是世界首款經飛行驗證的變循環發動機，並作為美國空軍先進戰術戰鬥機（F22）的備選動力，其基本結構是1台帶有對轉渦輪的雙轉子渦扇發動機，低壓渦輪驅動2級風扇。

2007年，美國啟動了自適應通用發動機技術項目，其採用可控壓比發動機技術，並在發動機外側加裝1個從主風扇出來的單獨外流道和1個「轉子葉片上的風扇」。變循環發動機還將在民用航空發動機中發揮更重要的作用。

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