美国自适应发动机研究的进展与启示

孙明霞，梁春华

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

美国自适应发动机研究的进展与启示

孙明霞，梁春华

（中国航发沈阳发动机研究所，沈阳110015）

为借鉴和参考美国自适应循环发动机的研究与研制经验，综述了美国变循环发动机演变至自适应发动机的3个发展阶段，重点介绍了其在多用途经济可承受的先进涡轮发动机（V A A TE）研究计划下的自适应通用发动机技术(A D V EN T)分计划、自适应发动机技术验证（A ETD）分计划、自适应发动机过渡（A ETP）分计划和空中优势自适应推进技术（A D A PT）分计划的开发与验证情况。分析总结出美国自适应发动机具有以下特点：技术先进且应用前景广泛，代表未来发展方向；变循环与自适应循环技术均不成熟，还需深入验证；技术研究采用竞争策略实施。

自适应发动机；变循环发动机；预研计划；战斗机发动机

0 引言

自适应 (循环)发动机（Adaptive Cycle Engine，ACE）根据飞机不同任务需求，通过改变多个可调几何机构位置、并采用自适应控制技术，自动改变风扇、核心机流量和压比，使发动机在包线内不同速度和高度点获得最优的性能，并与飞机的组合性能达到最佳，是先进的变循环发动机。由于其具有包线内综合性能好、耗油量低且飞机航程长、进气流量自动匹配、飞/发组合性能好、隐身性能好及有利于热管理设计等优势，深得世界航空发动机先进国家，特别是美国的高度重视。但是由于其存在工作模式多而状态转换复杂、可调部件多而机构复杂且调节范围宽、可调变量多等技术难点，研究难度很大。2016年以来，美国《航空周刊》网站陆续报道了自适应发动机的一些最新进展和未来计划，更加激发了对自适应发动机研制的关注[1-2]。

总结美国自适应发动机的研制特点十分必要，本文回顾和分析了美国自适应循环发动机研制计划的发展背景、进展和取得的成果。

1 自适应发动机的由来与发展

自适应发动机是变循环发动机的延伸和发展，如图1所示。

1.1 变循环发动机的发展

对于变循环发动机的研究早在20世纪60年代就已经开始，到80年代，对多种方案进行了探索研究，包括可调增压压气机（VAPCOM）发动机（1960～1965年）；涡喷和涡扇复合模式（1965～1970年）；改进的涡喷和涡扇组合模式（1973～1974年）；串/并联模式的变循环方案（1973～1975年）；3转子可调涵道比变循环—MOBY方案（1973～1974年）；最初的双循环单外涵变循环方案（1974～1976年）；3股排气最初的双外涵变循环结构（1974～1976年）；单、双外涵变循环方案简化（1976～1978年）；进一步简化的核心驱动风扇结构（1975～1981年）等。虽然由于种种原因大多数方案无法实际应用，但是为变循环发动机未来发展提供了宝贵的经验和教训。

变循环发动机的实质性研究始于20世纪80年代，并逐渐演变为只有GE公司独家研制。80年代后期在DBE-GE21、DBE-GE23发动机的基础上形成世界上第1种经飞行验证的双外涵道变循环发动机——F120发动机。90年代到21世纪初，在综合高性能涡轮发动机技术（IHPTET）研究计划下，GE和Allison公司以XTC16/XTC76/XTC77核心机验证机和XTE76/XTE77发动机验证机为平台，开发和验证了双外涵变循环涡喷/涡扇发动机技术——可控压比发动机（COPE）技术。该阶段研究为下一阶段的自适应发动机研究积累了大量宝贵经验[3]。

1.2 自适应发动机的发展

1.2.1 ADVENT研究计划

ADVENT研究计划是在美国政府结束IHPTET研究计划后，为了长期保持涡轮发动机技术与产品在世界的领先优势，在VAATE研究研究计划下实施的技术开发与验证计划。VAATE研究计划总目标是在2017年达到的技术水平使经济可承受性提高到F119发动机的10倍。由于技术难度高，美国高层经过充分论证后，将VAATE研究计划的技术验证分为2个阶段进行。第1阶段是 ADVENT研究计划，第2阶段是AETD研究计划[4]。

ADVENT研究计划的目标：开发能够独立改变风扇/核心机的空气流量和压比的技术，制造1台双外涵变循环涡喷/涡扇发动机技术验证机，通过提高性能和增加自适应功能实现在起飞和机动期间所需的大推力和在执行远程、持久攻击和侦察任务的亚声速飞行期间所需的低燃油消耗，以满足高速和长航时的未来战斗机等不同平台/不同任务要求。

ADVENT研究计划共分为2个阶段，第1阶段（2007年8月～2009年）为方案探索研究阶段，重点进行发动机初步设计和详细设计以及风险降低试验，主要进行全台发动机初步设计和关键部件（自适应风扇）与技术的台架试验验证；第2阶段（2009～2012年）为详细设计阶段，重点开展核心机和风扇设计、硬件加工和试验，主要进行发动机验证机详细设计和制造，以及关键部件的试验，包括全环燃烧室试验、陶瓷基复合材料部件的研究与试验，并进行核心机试验。计划在2009年进行台架试验，在2012年进行发动机验证机地面验证，最终使发动机新技术达到技术成熟度6级；在2013年之后，在ADVENT研究计划下开发的双外涵变循环涡喷/涡扇发动机开始进入工程研制阶段，到2020～2022年投入使用[5]。

至此，该计划从2007年开始到2012年结束，为期5年，由美国空军组织管理，投入经费约5.24亿美元，由RR和GE公司承担技术开发与验证。

此外，该计划于2007年1月由美国空军向工业界发布有关革新发动机验证计划的招标书；于2007年8月由美国空军从GE、PW公司和RR北美技术分公司3家承包商中选择了GE公司和RR北美技术分公司，并分别与二者签订研究合同，进行自适应发动机初始和详细设计与分析以及风险降低研究。

RR公司北美技术分公司于2008年6月初完成初步设计评审（PDR），并开始进行自适应风扇系统的台架试验；于2009年10月接受美国空军对ADVENT研究计划第1阶段所取得成果的评估，同年得到美国空军授权继续制造1台全尺寸发动机验证机；于2011～2012年进行发动机核心机试验。但并未公开披露核心机试验结果和进一步进展。

GE公司的ADVENT研究计划吸收了GE/Allison公司在IHPTET研究计划下开发和验证的可控压比发动机的技术，并在发动机外围增加1个从主风扇出来的单独外流道和1个“转子叶片上的风扇（FLADE）”，如图2所示。其开发和验证的技术包括:单独可变流量和压比的辅助风扇，高温多转子机械系统，高剩余功率、流量和压比可变的核心机，可在大流量范围工作的高效涡轮，综合的热管理技术，进/排气综合改进技术。采用这些技术的自适应发动机将使超声速作战平台具有长待机时间和高速冲刺的能力；使亚声速作战平台的起飞性能提高,航程更长；使机动性飞机的起降距离缩短,航程更长；使无人作战/情报、监视和侦察系统的待机时间延长；改进多种空中系统的作战机动性，同时改进热管理和生存性。

GE公司于2009年10月接受美国空军对ADVENT研究计划第1阶段所取得成果进行评估；2010年10月获得制造1台全尺寸发动机验证机的合同，2013年开始进行发动机核心机试验，比美国空军设定的温度目标高54℃，达到了经过美国空军确认的“喷气发动机推进史上最高的压气机和涡轮联合工作温度记录”，并验证了“预冷冷却技术”；2013年11月至2014年7月，开展了首台ADVENT研究计划验证机的试验，试验时数超过100 h；2015年2月，与美国空军一起完成ADVENT研究计划中发动机的详细评审。ADVENT研究计划发动机结构和模型如图3所示。此外，ADVENT研究计划中的一些核心机技术还应用到LEAP-X大涵道比民用发动机上。

一向在军用航空发动机领域呼风唤雨的PW公司虽未能赢得ADVENT研究计划合同，但并未就此放弃，仍自筹资金投资变循环发动机研制，以PW9000发动机为平台，创新研究自适应涡轮和自适应风扇技术。2012年7月PW公司高层透露，PW公司在2013年第1季度对改进于F135发动机的自适应风扇和全新的核心机进行了试验。其采用的3流道结构可以提供1股相对冷的第3股气流用于信号管理，这就意味着多余的空气能够用于冷却热端部件以减少红外信号，或者进入核心机和加力燃烧室来增大推力。

1.2.2 AETD研究计划

AETD研究计划是VAATE研究计划的第2阶段，即ADVENT研究计划的后续计划。

AETD研究计划的目的是促进采用3流道结构的自适应发动机技术的成熟，为未来3 a内可能开始工程研制的美国空军下一代战斗机或轰炸机等多种作战平台提供动力。与ADVENT研究计划所采用的小尺寸核心机相比，AETD研究计划中的发动机将采用尺寸更大的核心机，瞄准美国海军第6代战斗机F/A-XX、空军第6代战斗机F-X、未来轰炸机和其他战术战斗机的应用，以满足未来的军用飞机超声速或不开加力超声速飞行的动力需求；将提高发动机燃油效率、耐久性和宽广范围内的推力性能，进而延长进入反介入/区域拒止（A2/AD）环境的多种平台的不加油航程。此外，AETD研究计划将增加ADVENT研究计划中没有的加力燃烧室和排气系统，包括开发和验证能使压力较低的第3涵道气流与高速的核心机和外涵道气流有效混合的排气系统、高度综合的控制隐身的蛇形排气系统等，以进一步提高燃油效率、提高功率提取能力、改善热管理和进气道总压恢复，同时减小安装阻力。AETD研究计划开发和验证的自适应发动机与F135发动机相比，燃油效率降低20%，净推力增大5%，加力推力增大10%，航程延长30%，并且只需少量修改，就可为F-35战斗机提供动力。

AETD研究计划分2个阶段进行，第1阶段到2015年中期结束，计划完成初始发动机设计，以及全环形燃烧室、高压压气机和陶瓷基复合材料部件的试验；第2阶段到2016年结束，计划完成风扇和核心机试验，使首台发动机试验最早于2017年进行。AETD研究计划安排在2013年2月进行初始概念评审，2014年进行压气机台架试验，2015年进行风扇和核心机试验，2016年完成发动机地面试验，技术成熟度达到6，具备工程研制的条件。2020年将开始飞行试验，技术成熟度达到8[6]。

至此，该计划从2012年开始到2016年结束为期4年，由美国空军组织管理，投入经费约为6.85亿美元（GE获得3.497亿美元、PW获得3.35亿美元）；由GE和PW公司承担技术开发与验证。

此外，AETD研究计划于2012年9月由美国空军从GE、PW公司和RR北美技术分公司3家承包商中选择GE和PW公司，并分别与二者签订研究合同，进行自适应发动机技术的进一步开发与验证。

PW公司于2013年成功地进行自适应风扇台架试验，其自适应发动机概念基于深度改型的F135发动机。同时PW公司还启动了1项自适应风扇的台架评估试验，这将使概念设计更加成熟。此外，PW公司重新设计了F135发动机的高压涡轮叶片并涂覆热障涂层，以便承受更高的温度，该公司宣称这款改进的试验发动机（型号XTE68/LF1）创造了涡扇发动机最高工作温度记录，但并未得到第三方确认。于2015年初完成AETD研究计划发动机的初步设计评审；根据PW公司发布的少量信息：2016年上半年，开展先进核心机的演示试验和带有3流道自适应风扇及相匹配的加力和排气系统的发动机试验；计划到2017年，实现实际发动机环境中的3流道风扇和超高效核心机的演示试验；2020年将开始飞行试验，技术成熟度达到TRL8[7-8]。

GE公司于2014年完成核心机的详细设计评审、第3流道冷却气流和喷流影响台架试验、树脂基复合材料静子件部件试验、全环形燃烧室台架试验；在F414发动机上进行了氧化物陶瓷基复合材料低压涡轮转子叶片500次耐久循环试验；2015年完成全尺寸树脂基复合材料部件评估和高压压气机台架试验，12月开始加力燃烧室试验。GE公司的AETD研究计划自适应风扇发动机如图4所示。此外，还对先进加力燃烧室组件、轴承、机械系统和高压压气机进行了不同类型的试验。尽管并非该计划的内容，但GE公司仍在推进加力燃烧室技术研究，探索如何使3股气流在发动机尾部顺利混合。为后续开展全尺寸自适应发动机研制奠定基础。

1.2.3 AETP研究计划

AETP计划是AETD研究计划的后续计划，是自适应发动机又1项技术成熟的计划。

该计划始于2016年6月30日，预计为期10 a；由美国空军组织管理，投入经费约为20亿美元（GE公司获得10亿美元、PW公司获得10亿美元）；由GE和PW公司承担技术开发与验证[9-10]。

该计划将成为美国空军提出下一代战斗机相关需求和性能要求的基础，其成果也可能用于改进PW公司F135发动机的设计。AETP研究计划将沿着AETD研究计划验证的自适应循环的基本可行性继续开展研究，实现3流道自适应发动机从技术原型机到工程验证机的顺利过渡，在21世纪中期进行潜在产品采办时，消除能够预见到的所有技术验证和产品研制风险，为第6代战斗机发动机的采办计划铺平道路和为F-35联合攻击战斗机更换发动机做好准备。AETP研究计划的可能目标是：相比目前技术水平，发动机燃油效率提高25%，发动机推力增大10%，战斗机航程延长30%。

AETP研究计划潜在应用对象之一是F135改进型发动机或替换发动机。针对目前F-35A/F135发动机的推力要求，继续改进自适应发动机技术，设计推力级为200 kN的基准发动机，2019年开展发动机试验和制造，未来还可能安装到F-35战斗机上开展地面试验或飞行试验，直到进入工程研制。AETP研究计划发动机的设计采用3流道结构可以拓展F-35飞行包线的低空高速部分，能够使飞机在高150 m以马赫数0.8～0.9的速度飞行，将比目前F-35的需求更为激进，但还达不到能驱动定向能武器的水平。目前，正在开发的技术可以在21世纪20年代中期以前应用到F-35战斗机上，当然这还要取决于对AETP研究计划的投资强度和验证规模。

AETP研究计划潜在应用对象之二是美国海军F/A-XX第6代战斗机和美国空军F-X第6代战斗机。该计划的3流道发动机方案能够通过缩放扩展到推力范围，无论是对双发设计还是单发设计，都是实现美国海军F/A-XX和美国空军的F-X第6代战斗机的高速、高耐久性和高性能需求的关键[11]。

1.2.4 ADAPT研究计划

自20世纪60年代以来，美国针对变循环发动机开展了大量研究，如IHPTET、VAATE研究计划下的ADVENT和AETD研究计划，以及刚刚开始的AETP研究计划等，都关注通过自适应风扇调节发动机低压转子实现多用途能力，而没有或很少关注通过自适应核心机实现多用途能力。为此，美国政府规划了ADAPT研究计划。

ADAPT研究计划是以美国空军已经开展近10年的变循环发动机技术研究为基础更加深入的计划，是1次螺旋式回退到当初ADVENT研究计划的状态，只是增加了额外的技术，特别是增加对自适应核心机的开发与验证。

ADAPT研究计划的目的是：（1）从所有可用的自适应发动机技术途径获得支持，从而使其性能最高，特别是将开发和验证自适应核心机并将其集成到变循环发动机中，最终实现发动机的自适应；（2）将多年前不够实用的新技术引入到具有潜力的生产型自适应发动机上；（3）确保支持诸如定向能与其他武器系统等高功率系统的一些技术。通过采用第3流道使发动机平均油耗降低25%，使发动机能够以巡航任务模式执行远程飞行任务，在作战模式下获得更高的马赫数。

尽管自适应高压压气机结构可能使流动状况更加恶劣，但是美国空军实现核心机自适应的方法仍然与ADVENT或AETD研究计划采用第3流道控制发动机外涵道和低压系统的方法相类似。该方案根据推力要求和工作模式，调节可调几何喷管与可调风扇的面积，分流气流从而改变压比。涡轮的核心作用同样是调节面积，通过可调导向叶片改变核心机的流量和压比。其他方法也是通过改变核心机流量和压比来实现。美国空军通过对技术概念的探索已经确定采用哪些技术和不采用哪些技术，并且已经对这些验证机进行概念设计，这将减少采用技术的种类。其中，可变涡轮是很重要的1项技术。

GE和PW公司参与ADAPT研究计划初级阶段研究。PW公司希望权衡与美国海军在变循环先进技术（VCAT）研究计划中正在进行的研究，VCAT研究计划与美国空军的变循环计划均是由海军研究办公室与海军能源任务小组合作开展的，主要专注于基于涡轮的自适应循环技术研究，以适应未来舰载机的智能、监控、侦察系统。由于VCAT研究计划关注部件技术是自适应发动机很重要的一部分，所以PW公司很希望参与到ADAPT研究计划中，并且已经与美国空军签订了早期研究和设计工作的合同，双方讨论下一个阶段的科学和技术方向。PW公司希望知道下一代技术验证机即将开展的研究方向，以及自适应技术在其中起到的作用。

2 自适应发动机发展特点和趋势

回顾和总结美国自适应发动机的发展历程和技术进展，可以发现以下特点。

2.1 自适应循环发动机是目前也是未来发展的重点

2.1.1 自适应循环发动机技术不可替代且潜力较大

21世纪初，美国组织有关专家对2020年航空技术进行预测得出：燃气涡轮发动机技术发展有很大潜能，仍然是航空推进系统的主要形式，在可预见的未来没有哪种推进系统可以取代。

2006年，美国空军和国防部航空航天推进需求委员会对燃气涡轮发动机技术发展的潜能描述为：大型涡扇发动机的燃油效率相对第1代涡喷发动机效率和理想布雷顿循环极限效率的差值提高了近38%；从现在到2020年底（远景规划），其燃油效率有望再提高15%。与此类似，小型涡轴、涡喷和一次性使用发动机的单位功率也有所提高，但也仅达到极限理想布雷顿循环的33%；从现在到2020年远景规划末期，其效率能进一步提高30%。涡轮发动机燃油效率发展进程如图5所示[12]。

自适应循环发动机技术是世界航空发动机界多年来追求并大力研发的涡轮发动机技术，是目前最可能达到航空航天飞行器高推重比和低油耗要求的发动机技术。

2007年以来，为了继续保持世界领先地位，美国国防部继续加强对涡轮发动机研究和发展的投资，实施技术目标更宏大、应用范围更广泛、技术途径更实际的VAATE研究计划，开发和验证先进的自适应循环发动机技术，研制新型发动机产品。美国政府在VAATE研究计划下，通过ADVENT、AETD研究计划对自适应发动机进行了开发和验证，已经在低压部件自适应方面取得了较大进展，并正在实施旨在使低压部件自适应的发动机进入到工程研制阶段的AETP研究计划，同时预计于2017年启动旨在将自适应技术应用到核心机上的ADAPT研究计划。也就是说，在目前乃至未来的很长一段时间，需要开发和验证核心机自适应技术、潜在的新技术、支持诸如定向能与其他武器系统等高功率系统的颠覆性技术，以最终实现整个发动机自适应。

航空推进系统已经历了2次变革：从螺旋桨到喷气发动机，从涡轮发动机到涡扇发动机；目前正在经历第3次变革，向着自适应循环发动机发展。据《航空周刊》杂志网站2016年7月29日报道，自适应发动机被《航空周刊》杂志评选为未来20～40年内比较有前景的18项航空航天技术之一。这18项技术分别为无人机、超高涵道比发动机、层流机翼、空间探索技术、编队和蜂群协作、增材料制造、控制与显示系统、商业航空、自主技术、复合材料结构的制造、自适应发动机、新型飞机构型、高超声速推进、深空推进、驾驶舱视觉、超声速飞行、航空电力推进、高空“伪卫星”。综上所述，为确保涡轮发动机技术与产品在世界的长期领先优势，自适应循环发动机是目前也是未来需要重点发展的。

2.1.2 自适应发动机技术在未来飞行器上应用潜力巨大

由于自身固有的技术优势，自适应发动机不仅可以为战斗机和超声速巡航飞行器提供动力，还可能为未来超声速商业运输机和高超声速空天飞机提供组合动力。

F-35战斗机的改进改型，可能需要引进自适应发动机技术或直接采用自适应发动机。而AETP研究计划的初期工作，是在AETD研究计划发动机的基础上，设计新一代200 kN级自适应发动机，继续完善自适应发动机设计，并开展整机制造和试验，未来还可能安装到F-35战斗机上开展地面试验或飞行试验。这可能正是为了适应这一需求而规划的。

自从“协和”式飞机退役后，超声速商用飞机研究逐渐被淡化。除了油耗问题，音爆是阻碍超声速商用飞机应用的最大障碍，“协和”在使用期间，被禁止在陆地上空超声速飞行。NASA研究发现，200座以下、Ma=1.4～1.8、并采用一定的延迟和削音爆技术，可以使音爆弱化到可以接受的程度，使得超声速商用飞机在大陆上空飞行成为可能。据美国《航空周刊》网站2016年8月9日报道，针对洛克希德·马丁公司研制的超声速商用飞机，将选用自适应发动机作为动力装置，并计划于2019年开始进行地面试验。

21世纪初，美国政府发布了《美国空军2020年愿景》、《美国航空航天倡议》、《美国国防部空间科学与技术战略》等国家级政府文件，明确指出：未来武器装备的宏观需求是全球到达、快速打击、持久攻击、持久且快速反应的情报/监视/侦察（ISR）、多任务机动、灵活保障等；对下一代战斗机的基本要求，可能为可选有人与无人驾驶和具备超声速巡航与作战、超常规机动、超级隐身、超远程打击、超越物理域和信息域的实时控制等能力；对其发动机的基本要求，可能为超大推力与推重比、超低油耗、超级隐身、超机动、超长耐久（寿命）、超低费用。因而，美国的第6代战斗机发动机可能的结果是：以高效高耐久核心机为基础，实现大推力与高推重比；采用低压自适应部件和智能控制，实现多任务适应性与低油耗；采用高隐身结构的进口、喷管与超级隐身材料，实现超级隐身；采用矢量控制技术，实现更高机动性；借鉴预研与型号经验，实现长耐久和超低费用。AETP研究计划的预期主要应用对象是美国空军、海军第6代战斗机。

未来第7代战斗机发动机和未来高超声速空天飞机涡轮基组合发动机中的涡轮发动机，也都需要AETD研究计划开发和验证的低压自适应发动机，ADAPT研究计划开发和验证的低压的与核心机都是自适应的发动机。

2.2 自适应循环技术还不够成熟

自适应发动机是变循环发动机的发展与延伸，由于变循环发动机技术就没有足够成熟，则自适应技术更需要开发与验证。

双外涵变循环涡喷/涡扇发动机的发展源于20世纪50年代末60年代初美国轰炸机和运输机对超声速飞行和超声速巡航的需求。60年代至80年代初期，美国主要进行变循环发动机方案探索研究。80年代，采用变循环技术的YF120发动机在美国第4代战斗机竞争中因研制风险较大败于F119发动机而没有进入工程研制阶段。80年代末期到21世纪初，在IHPTET研究计划下，GE公司和/或Allison公司以XTC16/XTC76/XTC77核心机和XTE76/XTE77发动机验证机为平台，对双外涵变循环涡喷/涡扇发动机技术开展了大量的开发与验证，取得了明显的进展。但该计划的目标没有实现，同时采用变循环技术的验证发动机也没能进入工程研制阶段。也就是说，变循环发动机技术没有达到足够成熟的程度[13-15]。

21世纪初，美国政府在VAATE研究计划中，在变循环发动机的基础上，开展从自适应循环技术到自适应发动机的开发与验证。在ADVENT研究计划下，原计划在2012年完成双外涵变循环涡喷/涡扇发动机技术验证机，技术成熟度达到6，在2013年之后可能开始进入工程研制阶段，到2020～2022年可能投入使用。

2012年又启动了AETD研究计划。其目标是：2016年完成发动机的整机地面试验，技术成熟度达到6，具备发动机工程研制的条件；2020年将开始飞行试验，技术成熟度达到8。

2016年启动了AETP研究计划。其目标是：沿着AETD研究计划验证的自适应循环的基本可行性继续研究，实现3流道自适应发动机从技术原型机到工程验证机的顺利过渡，在21世纪中期进入潜在产品采办时，消除能够预见到的所有技术验证和产品研制风险，以为第6代战斗机发动机的采办计划铺平道路和为F-35联合攻击战斗机更换发动机做好准备。

可见，在VAATE研究计划中从ADVENT研究计划到AETP研究计划，自适应发动机技术虽然取得了显著的进展，并且几乎发展为第4代战斗机发动机，但是像高性能核心机、自适应结构、自适应控制、工作模态转换等一些关键技术还没有得到充分验证，技术成熟度在6徘徊，出现了“预期目标没有达到，时间明显在拖后、经费还需增加”的现象，仍然还有很长一段路要走。也就是说，在不够成熟的变循环发动机技术基础上发展的自适应循环发动机技术，可能更加不成熟。

2.3 采用“竞争”策略开展技术研究与产品研制

20世纪80年代，“竞争”策略在美国政府在F100和F110发动机采办中收到很好效果后，在IHPTET研究计划中，于F-22战斗机的YF119与YF120发动机采办中继续采用，并在90年代，继续用于F-35战斗机的F135与F136发动机的产品研制中。该策略促使承包商在技术研究与产品研制中，危机意识明显加强，技术开发更加积极主动，问题反馈更加及时，工作进度显著加快，研制周期有所缩短，研制风险显著降低，确保了美国在发动机技术与产品方面的明显优势。进入21世纪，美国政府仍继续采用“竞争”策略，实现先进发动机技术的研究与发展。

在技术研究方面，在VAATE研究计划下的ADVENT、AETD、AETP、ADAPT 研究计划下，GE、PW 和RR/ALLISON公司已经展开了激烈的竞争，3家公司开始互有胜负，但最终合同还是落在了GE和PW 2家公司手中。

在产品研制方面，如正在规划和未来谋划的F135改型、第6代战斗机发动机、第7代战斗机发动机、空天飞机的涡轮基组合循环（TBCC）动力的高速涡轮发动机等，GE、PW和RR/ALLISON公司都在跃跃欲试，21世纪版的“发动机大战”又将重演。PW公司虽然已经掌握F-35战斗机/F135发动机和B-21远程打击轰炸机/PW9000发动机2项美国最重要的战斗机发动机研制项目，但是还在积极开发和验证自适应发动机，为将来的F-35战斗机发动机的改进改型、美国空军/海军第6代战斗机的研制等进行充分的技术准备。GE公司是推动美国战斗机发动机未来发展的领头羊，虽然在第5代战斗机发动机竞争中不敌PW公司，但是依靠YF120发动机的技术研制经验，GE公司不仅是迄今为止惟一1家研制并演示自适应循环发动机的公司，还是首家把陶瓷基复合材料(CMC)叶片安装在发动机上进行试验的公司。美国在战斗机发动机技术研究与产品研制方面已经和可能展开的竞争见表1。

表1 美国发动机技术研究与产品研制的竞争

4 结束语

在技术基础好、资金投入多、政策支持大的环境下，美国历时超过40年发展变循环发动机，经历了YJ101、GE21、GE37、F120 可控压比发动机等，仍未进入产品研制阶段；历时9年、耗资12亿美元发展自适应发动机，经历了2项技术研制计划，仍然徘徊在技术成熟度6的水平；未来还计划用10年、耗资20亿美元继续发展自适应发动机，沿着AETD研究计划验证的自适应循环的基本可行性继续开展研究，实现3流道自适应发动机从技术原型机到工程验证机的顺利过渡。

[1]Aviationweek.USAF details sixth-gen combat engine research plan[EB/OL]. (2016.6.22)[2016.7.10].http://aviationweek.com/defense/usaf-details-sixth-gen-combat-engine-research-plan.

[2]Aviationweek.Three-stream engine moves to new phase[EB/OL].(2016.6.22)[2016.7.10].http://aviationweek.com/defense/three-stream-engine-moves-new- phase.

[3]刘红霞.GE公司变循环发动机的发展[J].航空发动机，2015,41（2）：93-98.LIU Hongxia.Development of variable cycle engine in GE[J].Aeroengine，2015,41（2）：93-98.（in Chinese）

[4]Flightglobal.Adaptive cycle engine enters final phase of development[EB/OL].(2016.7.1)[2016.7.10].https://www.flightglobal.com/news/articles/adaptive-cycle-engine-enters-final-phase-of-developm-426886/.

[5]Aviationweek.GE details sixth-generation adaptive fighter engine plan[EB/OL]. (2015.1.29)[2016.7.10].http://aviationweek.com/defense/gedetails-sixth-generation-adaptive-fighter-engine-plan.

[6]Aviationweek.GE details three-stream fighter engine test plan[EB/OL].(2016.7.11)[2016.7.10].http://aviationweek.com/optimizing-engines-thro ugh-lifecycle/ge-details-three-stream-fighter-engine-test-plan.

[7]晏武英.美国自适应发动机研制进展[J].国际航空，2015（3）：53-55.YAN Wuying,US adaptive engine in progress[J].International Aviation，2015（3）：53-55.（in Chinese）

[8]胡晓煜.国外自适应发动机技术研究进展[J].国际航空，2012（10）：41-43.HU Xiaoyu.Adaptive variable cycle engine research in Europe and US[J].International Aviation，2012（10）：41-43.（in Chinese）

[9]Aviationweek.Pratt unveils sixth-generation fighter engine,F135 upgrade options[EB/OL].(2015.4.9)[2016.7.10].http://aviationweek.com/defense/pratt-unveils-sixth-generation-fighter-engine-f135-upgradeoptions.

[10]Ainonline.GE,Pratt&Whitney win contracts for next-generation engine[EB/OL].(2016.7.1)[2016.7.10].http://www.ainonline.com/aviation-news/defense/2016-07-01/ge-pratt-whitney-win-contracts-nexgeneration-engine.

[11]Dodbuzz.Pentagon unveils program to help build 6th generation fighter[EB/OL].(2015.2.11)[2016.7.10].http://www.dodbuzz.com/?s=Pentagon+Unveil+program

[12]AIAA Air Breathing Propulsion Technical Committee.The versatile affordable advanced turbine engine(VAATE)initiative[R].USA：AIAA，2006.

[13]梁春华，刘红霞，孙明霞.国外变循环发动机的发展与关键技术[R].沈阳：中航工业沈阳发动机设计研究所，2014.LIANG Chunhua，LIU Hongxia，SUN Mingxia.Development and key technologies of US variable cycle engine[J].Shenyang：AVIC shenyang engine design and research institute，2014.（in Chinese）

[14]梁春华，索德军，孙明霞.美国第6代战斗机发动机关键技术综述[J].航空发动机，2016，42（2）：93-97.LIANG Chunhua，SUO Dejun，SUN Mingxia.A review on the key technologies of the sixth generation fighter engines in the US[J].Aeroengine，2016，42（2）：93-97.（in Chinese）

[15]梁春华，索德军，刘红霞，等.美国航空航天平台与推进系统的未来发展及启示[J].航空发动机，2013，39（3）：6-11.LIANG Chunhua，SUO Dejun，LIU Hongxia，et al.Future development and enlightenments for US aerospace platform [J].Aeroengine，2013，39（3）：6-11.（in Chinese）

Progress and Revelation of US Adaptive Cycle Engine Development

SUN Ming-xia，LIANG Chun-hua
（AECC Shenyang Engine Research Institute,Shenyang 110015 China）

In order to assimilate the experience of US adaptive cycle engine development,three phases from variable cycle engine to adaptive cycle engine were presented,the progresses and demonstration of development programs were summarized particularly from VAATE,ADVENT,AETD,AETP and ADAPT technology programs.Analying of US adaptive cycle engine shows that the advanced technologies and the wide application prospects must represent the development direction of future.The technologies of the variable cycle engine and the adaptive cycle engine are still on its infancy,need to be demonstrated.The technology investigations are conducted with competition strategy.

adaptive cycle engine;variable cycle engine;preparatory program;fighter aeroengine

V 235.1

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2017.01.017

2016-11-14 基金项目：国家重大基础研究项目资助

孙明霞（1981），女，高级工程师，主要从事国外航空发动机先进技术情报研究工作；E-mail：butterflysmx@sina.com。

孙明霞，梁春华.美国自适应发动机研究的进展与启示 [J].航空发动机，2017,43（1）：95-102.SUNMingxia，LIANGChunhua.Progress and revelationofUSadaptivecycleenginedevelopment[J].Aeroengine，2017,43（1）：95-102.

（编辑：栗枢）