2024年3月13日发(作者：)
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变循环与自适应循环发动机
技术发展
Consider on Variable Cycle Engine and Adaptive Cycle Engine Technology De-
velopment
北京航空航天大学能源与动力工程学院 李 斌
中航工业沈阳发动机设计研究所 赵成伟
MBD。
也可以归为变循环发动机的范畴。
与常规循环发动机相比，变循环发动
机在配装飞行包线宽广、任务剖面复
杂多样的飞机时，可以有针对性地采
用不同的工作模式，最大限度地兼顾
超声速飞行的高推力性能和亚声速
李 斌
自然科学研究员，工学硕士，从事
巡航低耗油率的矛盾性要求，适应多
航空发动机规划论证和总体设计研究
用途飞机的各种任务需求。并且与
工作。
进气道的流量匹配性能好，减小飞机
在低速飞行时因发动机深度节流而
产生的溢流阻力，从而降低推进系统
提高飞行器性能。
本文所论及的变循环发动机是
的安装损失，
现役发动机中，变循环技术的应
指实际使用中能通过（但不限于）控
早期的黑鸟侦察机用
制调整发动机相关部件的几何形状、
用还不广泛，
（具有连续放气模式）
尺寸或者位置等手段，改变流路结构
的J58发动机
和相应热力循环参数（流量、压比、涵
和美第五代F-35B用带升力风扇的
道比等）、获得预期性能的航空燃气
F135发动机可认为具有一定的变循
涡轮发动机。广义上看，能够通过再
环技术特征。
变循环发动机家族中构型最为
燃、电功转换等途径实现工作循环过
程中能量的可控“迁移”的发动机，
新颖的最新一代是自适应循环发
动机（Adaptive Cycle Engine, 简称
ACE）。其独特之处在于它是在典型
的类似YF120发动机的双外涵变循
环发动机布局基础上又增加了一个
外涵道而构成，即在双外涵变循环发
动机风扇上采用一个“Flade”（风扇
叶尖风扇）级延伸出第3外涵道，见
图1。Flade是接在风扇外围的一排
短的转子叶片，有单独可调静子。因
为采用Flade和多个外涵道，自适应
循环发动机能够实现更大幅度的变
循环能力，是变循环发动机技术发展
重要的前沿方向。
变循环发动机技术进化分析
变循环发动机（Variable Cycle
Engine，简称VCE）的研究由来已久。
从20世纪60年代开始，国外各大航
空发动机公司均在不断地进行VCE
的概念和方案设计以及相关技术的
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航空制造技术·2014 年第 1/2 期
第三外涵道
Flade
第二外涵道
后可变面积
引射器
模式选择活门
CDFS
第一外涵道
图 1 自适应循环发动机结构示意图
研究和验证工作，比如，英国提出有内更好地控制空气流量。其他变循
分排、混排涡扇和涡喷3种循环方环发动机部件有模式选择阀门、前可
式的选择放气式VCE概念
[1]
，法国变面积涵道引射器（前VABI）、后可
SNECMA公司提出双压缩系统VCE变面积涵道引射器（后VABI）和可
概念，日本牵头开展了VCE发动机变面积低压涡轮导向器。模式选择
－T”的技术研究与验证阀门用来确定发动机以涡喷或涡扇
[2-3]
。模态工作；可变面积低压涡轮控制
而对VCE研究时间最为持久，高、低压涡轮转速，从而使发动机具
程度最为深入，取得了较大成果的有更大的灵活性，可在宽广的工作范
是以GE公司为代表的美国航空界。围内提高循环匹配能力。
早在1960年美国空军航空推进实验GE公司第3代VCE为YF120（图
室就提出了变吸气压气机(CAPCOM)4）发动机。YF120是世界上第一种
发动机方案（图2）。该方案通过部经飞行验证的变循环发动机，用作美
件调节实现变循环设计，在最大推力国空军先进战术战斗机（ATF）的候
和超声速巡航状态时，其工作模态类选发动机。
似于一个双轴涡喷发动机，此时，低YF120发动机基本结构是一台
压压气机的气流几乎全部流经高压带对转涡轮的双外涵变循环发动机，
压气机，外涵道可调阀门关闭。在亚能够满足ATF大功率状态高的单位
声速巡航时，通过关小高压压气机导推力和部分功率状态低耗油率的矛
流叶片和静子叶片角度，实现降低核盾要求。与 GE21一样，它能够以单
心机流量并扩大涵道比的目标。外涵和双外涵模式工作，其变循环特
GE公司在变吸气压气机概念发征基本上与GE21相同，但YF120将
动机的基础上提出了第2代VCE即可调模式选择阀门改为了被动作动
GE21（图3）双外涵变循环发动机的旁路阀门。
方案，并在1975~1981年间进行了部在YF120发动机技术基础上，
件和整机试验验证
[4-6]
。GE公司与Allison公司合作研究
GE21发动机与常规混排涡扇发了第4代VCE—可控压比发动机
动机不同的是将风扇分为前后两段，(COPE)[7]。可控压比发动机项目研
后段与压气机连在一起，称为核心机究验证了可调面积高压涡轮导向器、
驱动风扇级（CDFS），并带有可调进高负荷跨声速高压涡轮和无导叶对
口导流叶片。在风扇和CDFS之后转低压涡轮等独特部件的气动和传
设有外涵道，用以在宽广的工作范围热特性。
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在VCE技术多年研究的基础
上，2007年，GE公司和RR公司被
选择参与美国自适应通用发动机技
术（ADVENT）研究计划。而后GE
公司又和PW公司一起被选择参与
ADVENT后继计划－自适应发动机
技术发展（AETD）计划，共同开发和
验证自适应循环发动机（即ACE）。
ACE与YF120等双外涵VCE相比，
最具特点的部件就是Flade风扇和
第3外涵道，Flade技术的源头可追
溯到20世纪60年代，GE公司研制
的涵道比达到8的TF39涡扇发动机
上的带Flade结构的风扇。而正是
Flade风扇和更多的外涵道使ACE
获得了更大程度的变循环能力，对飞
行任务的适应性也就更强。
纵观VCE技术几十年来的进化
过程，新一代总是充分继承前一代的
特征而又不断创新和提升：
（1）调节变量越来越多，可调
部位分布越来越广。与常规循环
发动机相比，主要可调特征由低压
局部（如分离风扇）、到高压系统（如
CDFS），最后发展到全机范围（低压
系统—Flade、高压系统—CDFS），对
VCE高低压系统都具有较强的主动
调节能力，使其在使用中具有更大的
性能寻优潜力。
（2）工作模式越来越多。从J58
通过连续放气使涡喷发动机增加了
类似涡扇发动机的“双流路”模式，
到双外涵VCE具有“单外涵”、“双外
涵”两种工作模式，而ACE具有与第
三外涵调节相组合的4种工作模式，
对各种飞行任务的适应能力越来越
强。
（3）VCE的热力循环的“柔性”
越来越好，涵道比、压比等热力循环
参数的调节范围越来越大，发动机性
能的可控性越来越强。使VCE在宽
广的飞行包线范围内，提供接近最优
循环的性能，并具备更强的流量控制
能力，从非安装性能和安装性能两方
面，使飞机从推进系统获得的综合效
2014 年第1/2 期·航空制造技术
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