总体结构 2——对转双转子和高低压涡轮之间无导向器:

  与 F119 一样,YF120 的高压转子与低压转子的旋转方向相反。这个反转双转子的一个关键优点是可以去掉高低压涡轮之间的涡轮导向器。无论是涡轮还是涡轮导向器,都是要承受高温燃气和高应力的部件,需要极高的加工工艺。YF120 大胆地利用了这个优势,去掉了高低压涡轮之间的涡轮导向器。相比之下,F119 出于降低技术风险的保守考虑,仍然保留了高低压涡轮之间的导向器。

  上面关于总体结构的分析,指出了 YF120 的两个关键特点:独特的高压转子风扇和取消了高低压涡轮之间的导向器。下面分析 YF120 的变循环方式与 GE 经典变循环方式的不同之处。

最关键的不同——用两组风扇活门代替前变截面旁路引射器:

  请大家注意下图中标示为“可调外涵”的活门与标示为“主外涵”的另一组活门:

  这与下图中的前可变截面旁路引射器(Variable-area bypass injector)表示了在变循环上不同的着重点:

  这个不同的着重点就是:YF120 更强调高压风扇在涡扇状态的风扇作用。即,YF120 在涡扇状态是两级低压转子风扇和一级高压转子风扇同时通过大开的“可调外涵”活门与“主外涵”活门向外涵排气,而 GE 经典变循环方案却是在涡扇状态主要依靠低压转子风扇向外涵排气。

  我认为 YF120 在这里比 GE 的经典方案更前进了一部,因为 YF120 在涡扇状态是高低压转子风扇同时成为涡扇中的“扇”,而经典方案则是主要由低压转子风扇成为涡扇中的“扇”。

  当进入超音速巡航模式时,YF120 与 GE 经典方案类似,通过调节“可调外涵”活门与“主外涵”活门,仅仅使极少的气流通过外涵用以冷却发动机,从而进入近似涡喷发动机的模式。当然,GE 经典方案用的前可变截面旁路引射器(Variable-area bypass injector)而不是两组活门。

另外的一个不同——YF120 取消了利用同心环形声学喷口(Coannular acoustic nozzle)排放外涵气流

  YF120 是直接用可变截面旁路引射器(下图中所示的 VABI)把外涵气流排放到发动机后部的加力燃烧室中:

  上面关于 YF120 的结构和变循环方式分析,引出了一个关键疑点——YF120 是否有可变距涡轮导向叶片?

  可变距涡轮导向叶片的作用是调节涡轮通过燃气所吸收的功率。这个功率是用来带动风扇和压气机的。这种调节作用的存在,使得变循环发动机无论在涡扇和涡喷模式都可顺利运转。

  GE 经典方案是有可变距涡轮导向叶片的,其位置在高压涡轮和低压涡轮之间。但是 YF120 大胆地取消了高压涡轮和低压涡轮之间的导向器,根本不可能在这个位置有可变距涡轮导向叶片。

  如果 YF120 有可变距涡轮导向叶片,则处于高压涡轮前、燃烧室后面的高压涡轮导向叶片不是传统的固定式,而是可变距的。但是高压涡轮导向叶片直接受到从燃烧室排出的高温高压燃气冲击,将其做成可变距的技术难度是非常大的。如果 YF120 的确用了可变距高压涡轮导向叶片,我就非常理解美国空军为什么要置其优异的性能而不顾,放弃 YF120 了。

  那么是否有可能 YF120 没有可变距涡轮导向叶片呢?我觉得大概是可以的。原因是 YF120 有三组主要的调节活门和可调的喷口,这些活门和喷口的综合调节,可以在没有可变距涡轮导向叶片的情况下保证发动机在涡扇和涡喷状态有效工作。当然,这种没有可变距涡轮导向叶片的调节,其效果要打折扣,使得 YF120 只能以较窄的范围在涡扇和涡喷之间转换。我觉得从公布的数据看,YF120 以涡扇方式工作时,涵道比是零点三二,仍然是比较小的战斗机发动机涵道比。在这个狭窄的范围内调节,没有可变距涡轮导向叶片大概是可以实现的。(说明:本段所说 YF120 的三组活门指的是前面 YF120 结构图中标示的“可调外涵”活门、“主外涵”活门、“VABI”活门。)

  总结一下,这个关键疑点是:YF120 是否有可变距涡轮导向叶片?我的分析是,可能有也可能没有。如果有,就是技术挑战非常大的可变距涡高压轮导向叶片,如果我是美国空军,也一定要放弃 YF120;如果没有,就是综合利用各种活门和喷口来实现狭小范围的调节,而 YF120 在涡扇状态恰恰仅仅有 0.32 的涵道比。

变!变!变!之 2018 的天空中一种叫王牌的力道

  ACE 的汉译是王牌。王牌对于天空有特殊的意义:历史表明,空战中总是飞行员中的极少数、一些被称作王牌的杀手,击落绝大多数的飞机。到目前为止,中国的第一王牌,是在抗美援朝中击落七架敌机的赵宝桐:

  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。我在变!变!变!之变循环的 YF120 中提到 GE 的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。