2007年美國空軍在發(fā)展未來的先進航空發(fā)動機技術(shù)方面有了進一步的動作，年初1月29日美國空軍研究實驗室（AFRL）發(fā)出了投標征詢書，要求到2017年時比2000年的基準發(fā)動機水平在經(jīng)濟可承受性方面提高10倍。計劃的關(guān)鍵是美國空軍研究實驗室的"自適應通用發(fā)動機技術(shù)"（ADVENT）項目。為此美國空軍研究實驗室的工程師們制定了一個為期5年的時間表，希望在2012年進行技術(shù)驗證。新技術(shù)可用于一系列的平臺：超聲速、亞聲速、攻擊、機動以及情報、監(jiān)視和偵察，也可以用于海軍的平臺。以自適應通用發(fā)動機技術(shù)為基礎(chǔ)的發(fā)動機可能到2014年開始研制。
2007年9月25日，美英的公開消息來源報道美國空軍研究實驗室授予美國通用電氣公司（GE）和羅羅美國公司兩項合同，開發(fā)高壓比壓氣機系統(tǒng)和主動氣流控制進氣道和噴管。這些行動預示著美國正在積極準備新一代發(fā)動機的研制工作。
首先在通用經(jīng)濟可承受先進渦輪發(fā)動機計劃提出驗證的概念是美國通用電氣公司（GE）的自適應循環(huán)發(fā)動機概念。特點是發(fā)動機的總壓比、涵道比、流量可調(diào)，發(fā)動機可以在固定進氣道的情況下，以亞聲速和超聲速工作，過多的氣流不會因無法通過發(fā)動機而從進氣道溢流，引起過大阻力。發(fā)動機可以調(diào)節(jié)裝置改變空氣流量和單位推力，以適應超聲速巡航、跨聲速和亞聲速巡航，同時滿足最嚴格的噪聲要求。
自適應通用發(fā)動機技術(shù)項目源于美國空軍正在實施的通用經(jīng)濟可承受先進渦輪發(fā)動機計劃（VAATE），而VAATE計劃是"綜合高性能渦輪發(fā)動機技術(shù)"（IHPTET）的繼續(xù)。技術(shù)持續(xù)發(fā)展的需要隨著發(fā)動機控制技術(shù)的提高，實現(xiàn)變循環(huán)/自適應技術(shù)變得易于實現(xiàn)，而這種能夠全面提升飛機性能的新技術(shù)的出現(xiàn)，相當于從渦輪噴氣發(fā)動機到渦輪風扇發(fā)動機的進步，具有里程碑意義。 "自適應通用發(fā)動機技術(shù)"項目是通用經(jīng)濟可承受先進渦輪發(fā)動機計劃中的典型項目。目標是發(fā)展在飛行包線內(nèi)可以改變風扇、核心機流量和壓比，從而優(yōu)化發(fā)動機性能的能力。這些自適應技術(shù)在發(fā)動機上的一種應用就是變循環(huán)發(fā)動機（VCE），它既可以滿足高速飛行的需要，也可以滿足低速待機長續(xù)航時間或遠程持久飛行和經(jīng)濟性要求。
自適應通用發(fā)動機技術(shù)驗證機計劃最初來源于有關(guān)"遠程打擊攻擊機"（LRS）的項目。研究表明超聲速巡航對于及時攻擊和生存性是非常重要的，但同時為了投放快速響應武器，長的航程和續(xù)航或待機時間也同樣重要，這樣我們可以看到未來要求發(fā)動機要具有基本的兩個工作點：1、高速大推力狀態(tài)；2、低油耗的經(jīng)濟工作狀態(tài)。
過去發(fā)動機設計時按主要任務段的工作點來確定循環(huán)參數(shù)，并兼顧其他一些重要的飛行段要求。發(fā)動機的主要工作循環(huán)參數(shù)如壓比、涵道比和流量是不可調(diào)的，發(fā)動機的核心工作段幾何不可調(diào)。過去的調(diào)整主要在進氣道和尾噴管上，來適應發(fā)動機對流量的要求。發(fā)動機只在單一轉(zhuǎn)速和功率點上工作效率最高，而在非設計點上效率較低。所以解決非設計點的工作效率，便會使發(fā)動機與飛機的性能上一個新臺階。而自適應技術(shù)使發(fā)動機在不同的飛行任務段都能很好地工作，這就需要改變循環(huán)參數(shù)，也就是調(diào)整發(fā)動機的壓比、涵道比和流量以適應相應的工作環(huán)境和狀態(tài)。這樣發(fā)動機核心段的流道幾何形狀和尺寸就要進行調(diào)整，以實現(xiàn)參數(shù)的調(diào)整。而進氣道和尾噴管類似相比卻變得簡單了。
早期的變循環(huán)技術(shù)，主要調(diào)整發(fā)動機的涵道比和流量。主要針對高速飛行要求和巡航經(jīng)濟性要求進行，進行階段性控制，能控制的變循環(huán)參數(shù)工作適應的飛行段有限。由于計算機、數(shù)字技術(shù)和傳感器、控制元器件技術(shù)的發(fā)展，新型發(fā)動機全權(quán)限數(shù)字電子控制器（FADEC）的使用，發(fā)動機的控制由過去機械計算元件的簡單機械液壓控制變?yōu)閺碗s而精確和連續(xù)的控制，開始能夠滿足和適應不同飛行段的變循環(huán)工作要求。美國通用電氣公司的F120變循環(huán)發(fā)動機是雙涵道發(fā)動機，實現(xiàn)涵道比的變化和對核心機流量的控制，完成發(fā)動機在渦輪風扇與渦輪噴氣工作模式間的轉(zhuǎn)換，從而使飛機在高速飛行/超聲速巡航和高空亞聲速/空戰(zhàn)機動飛行都能得到滿足要求的性能。
簡單說來，變循環(huán)就是通過改變發(fā)動機部件幾何形狀、尺寸和位置調(diào)節(jié)發(fā)動機的熱力循環(huán)參數(shù)。變循環(huán)或自適應技術(shù)并不是要求發(fā)動機各個部件的單項技術(shù)指標（如：級壓比、渦輪溫度等）很高達到世界先進水平，而是要求變流量下的風扇、壓氣機和渦輪設計和發(fā)動機的控制方法，怎樣才能解決變壓比的實現(xiàn)、如何通過調(diào)節(jié)適應流量大范圍變化的渦輪，變熱力循環(huán)參數(shù)情況下發(fā)動機部件間的匹配控制問題。主要是解決問題的思路和方法如下圖：
自適應通用發(fā)動機技術(shù)的用途不僅限于戰(zhàn)斗機和超聲速巡航飛行器，在具有多種不同性能要求的飛機上都能取得最大的收益。表面上能夠直接看到的收益如：提高運輸機發(fā)動機短距起飛時的功率，且并不影響亞聲速巡航時的性能。使無人機以大涵道比模式工作在中空飛越，轉(zhuǎn)而以低涵道比、高壓比模式，并可以提取大功率，供高空巡邏和為各種傳感器工作提供電力。使亞聲速攻擊機的航程和續(xù)航時間分別增加30%和70%，使超聲速攻擊機的航程和續(xù)航時間分別增加40%和80%。改善不同飛行速度條件下的飛行器進氣道產(chǎn)生的阻力。試驗表明：超音速時，當M = 2.5時ADVENT技術(shù)發(fā)動機與常規(guī)固定循環(huán)發(fā)動機的安裝阻力相比優(yōu)勢不大，與之相對的，渦扇發(fā)動機其實在高空高速時與渦噴相比，也提高不到哪兒去，這個在我們的殲8上就可以證明。而在M = 1.5時，可以降低阻力達26%。在亞聲速時，ADVENT發(fā)動機通過提高涵道比，可以使效率提高35%。自適應通用發(fā)動機技術(shù)如果在滑躍起飛的航母上，可以提供更大的起飛推力，同時可以節(jié)省燃料及減少對偏流板的灼傷，這無疑是個福音，而且，對于研發(fā)垂直起降戰(zhàn)機的國家來說，其構(gòu)造更適合研制短矩垂直起降戰(zhàn)機，我們知道雅克141配備了兩臺RD-41升力發(fā)動機，RD-41升力發(fā)動機單臺推力41.68千牛，如果采用自適應通用發(fā)動機技術(shù)，不僅可以大大增加推力，還可以減少尾噴口的溫度，如果考慮上艦的話，對甲板的灼也會相應的減少。F-35B采用的是升力風扇，靠的是F-135發(fā)動機經(jīng)過連桿傳動，而齒輪及離合器等對整套系統(tǒng)都會產(chǎn)生不利的影響。特別是垂直起降時，驅(qū)動風扇會額外的對主發(fā)動機的功率輸出造成負擔。因此可以明白無誤的說，自適應通用發(fā)動機技術(shù)項目發(fā)動機的部件和技術(shù)可以滿足不同飛機的需求，它既能滿足單一任務飛機，又能適應不同任務的飛機，以及適應于各種飛機的改造任務。在多種飛機上分享發(fā)動機，擴大了發(fā)動機的適用范圍，也起到降低成本的作用。因為對于無人機或無人戰(zhàn)斗機來說，其生產(chǎn)數(shù)量產(chǎn)生的收益也許達不到足以支持研制一種新的基準發(fā)動機。
渦輪和排氣系統(tǒng)由于采用變循環(huán)技術(shù)，高速飛行時可以通過減小涵道比，甚至使發(fā)動機由渦輪風扇模式轉(zhuǎn)為渦輪噴氣模式，提高單位推力，適應高速飛行的大推力要求，而同時不會像渦輪風扇發(fā)動機那樣因飛行速度增大推力下降，必須提高渦輪和排氣溫度來增加推力，改善了耐久性，提高了可靠性。
變循環(huán)/自適應技術(shù)是發(fā)動機性能質(zhì)的越變，如前面說的，步槍變機槍的概念，也是與渦輪噴氣向渦輪風扇工作模式演化相同。但是對材料和工藝則提出了更高的要求，特別是材料的強度較之以前的渦扇發(fā)動機有了一個質(zhì)的飛越，即使利用現(xiàn)在已經(jīng)掌握的固定循環(huán)的發(fā)動機技術(shù)，也可以開展變循環(huán)和自適應發(fā)動機技術(shù)的研究和試驗工作，但是如果在材料方面沒有質(zhì)的飛越，與當前的渦扇發(fā)動機相比并不具備多大的優(yōu)勢。變循環(huán)/自適應技術(shù)是發(fā)動機與目前的渦扇發(fā)動機相比有三高一低的特點，那就是發(fā)動機的核心機工作溫度更高、發(fā)動機轉(zhuǎn)速更高、進氣壓力更高，而從尾噴口排出的氣流溫度卻更低。目前的渦扇發(fā)動機中，唯有F-135才在部分性能上勉強滿足要求。想要試驗出符合未來戰(zhàn)機的變循環(huán)/自適應技術(shù)的發(fā)動機絕非一朝一夕，其不確定的因素很多，當然和渦扇一樣，主要的還是材料、工藝和數(shù)控部分。
掌握了變循環(huán)/自適應發(fā)動機技術(shù)，可以充分利用已掌握的發(fā)動機部件技術(shù)來提高發(fā)動機面對不同任務要求的能力，實現(xiàn)總體性能上的先進。這樣同樣部件技術(shù)水平的常規(guī)發(fā)動機與能夠變循環(huán)工作的發(fā)動機相比，能力就不在一個水平線上了，可以將現(xiàn)有技術(shù)的潛力和效能最大化，明顯提高了產(chǎn)品的性能量級。由于非設計點的減少，在對應的各個工作點上都可能比常規(guī)發(fā)動機提供更好的動力和更低的耗油率。
我們知道渦輪噴氣發(fā)動機進步到渦輪風扇發(fā)動機后，飛機性能的提升，最明顯的是裝渦輪噴氣發(fā)動機的飛機腿短，而裝渦輪風扇發(fā)動機的飛機腿長。另外，對飛機的操控性能也會有幫助，飛行員會對各個飛行段的飛行更有信心。固定循環(huán)發(fā)動機在非設計點上工作有些力不從心，采用變循環(huán)的發(fā)動機后，可以把發(fā)動機技術(shù)水平和結(jié)構(gòu)決定的潛能充分發(fā)揮出來，在各種需要的工作條件下提供比過去更強有力的動力和更少的燃料消耗。
從飛機所執(zhí)行的任務和用途來衡量，由于留空時間的延長，執(zhí)行任務的工作能力和所帶裝備或武器的使用率提高，從另一個方面挖掘了飛機平臺上所帶裝備的技術(shù)潛力，提高了單次出勤的費效比。準確的說應該是相當于單位任務時間內(nèi)，軍隊數(shù)量和武器數(shù)量的增加。
首先，因為飛機單次飛行留空時間的增加，可以比過去在任務區(qū)保留更長時間的打擊力量，減少了用在往返基地與任務區(qū)間航程上的時間，對于空軍來說尤其在返航和重新投入任務區(qū)這段時間內(nèi)，這些武裝等于沒有。
第二，等同于增加了一定比例的預備隊，也就是等于部隊數(shù)量的增加，可以更靈活地應對可能出現(xiàn)的戰(zhàn)場變化。特別是在非交戰(zhàn)狀態(tài)，由于減少了交替次數(shù)，一架飛機在空中保持的壓力相當于過去需要幾架飛機來完成。
第三，所帶來的作戰(zhàn)半徑的擴大，增加了防御和作戰(zhàn)區(qū)域，為自己帶來了空間上的優(yōu)勢，從另一個方面等于提高或延長了武器的能力。而且還相當于增加了作戰(zhàn)飛機的品種，近程攻擊機具有了遠程攻擊機的能力。比較F-16與米格-29，從留空時間和作戰(zhàn)半徑來看，腿長的F-16占優(yōu)，作戰(zhàn)效能更好。為軍隊提供了更多的打擊方式。像美國遠程打擊攻擊機由于具有長航程、高航速（超聲速巡航）、長待機時間能力，可以長途奔襲、可以長時間潛伏在一個隱蔽或安全的空域伺機迅速出擊，可以進行快速、動態(tài)、方向不定和路線難測的攻擊。即使這種武器不出擊，其威懾作用也不小。同一種作戰(zhàn)飛機可能會具有多種任務能力，升空后即可以突擊，也可以游擊，多種能力為指揮人員提供了更多作戰(zhàn)方案的選擇，擴展了時間和空間，對戰(zhàn)場主動權(quán)的控制幫助很大。防御方目標自身的預警、布防將面臨更大的麻煩，可能會需要更多的軍隊和武器，更大的防御區(qū)域和空間，這是很大的負擔。
如果變循環(huán)/自適應技術(shù)發(fā)展成熟，技術(shù)用于對現(xiàn)有飛機發(fā)動機的改造，其技術(shù)上的好處可以在現(xiàn)役飛機上得到體現(xiàn)，尤其是對于易于更換和升級發(fā)動機的運輸機。
有必要說明一下，變循環(huán)/自適應技術(shù)再發(fā)展，也不能與沖壓發(fā)動機相比，飛機發(fā)動機要在有環(huán)境氧才能運作這是事實。SR71黑鳥雖然飛行高度很高，但并沒有離開大氣層，雖然高空空氣稀薄，但其發(fā)動機仍然要依靠空氣來實現(xiàn)燃燒——SR71在到達2.4萬米的的高空時，速度已經(jīng)達到3馬赫以上，發(fā)動機在這種速度下獲得的空氣流量相當大，所以一定程度上彌補了空氣稀薄帶來的影響。要在大氣層以外運行，所以必須自己攜帶助燃劑和氧化劑（比如硝酸、液態(tài)氮等）。但是應該看到，變循環(huán)/自適應技術(shù)發(fā)展很容易在超燃沖壓發(fā)動機上實現(xiàn)接口，因為在高空稀薄空氣中高速飛行的時候，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速更高，而變循環(huán)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速本就比渦扇的高。因此，不排除未來兩者實現(xiàn)的結(jié)合的可能性。如圖：
變循環(huán)/自適應發(fā)動機技術(shù)是新一代發(fā)動機可能會用到的技術(shù)，對現(xiàn)役和未來新研制的飛機都會帶來性能上的大幅度提高。現(xiàn)在稱其為自適應發(fā)動機技術(shù)，可能是由于傳感器技術(shù)和全權(quán)限數(shù)字電子控制技術(shù)的成熟，使對發(fā)動機的控制比過去更簡單和方便，工作點的控制更連續(xù)，容易實現(xiàn)對飛行階段全過程的適應性控制與調(diào)節(jié)。而且，通過控制軟件升級，硬件不改變也可以提升發(fā)動機的性能。這項技術(shù)不涉及具體部件單項指標性能的提高，現(xiàn)有水平的硬件技術(shù)只要能完成變循環(huán)工作就可以。這項技術(shù)的掌握可以使整個飛機平臺及其上的裝備能力得到拓展和向上延伸，須知，發(fā)動機技術(shù)的任何一點點的提升，對戰(zhàn)斗力也是明顯的飛越。
----林揚
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