沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)或組合式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)一般用于導(dǎo)彈和超音速或亞音速靶機(jī)上。按應(yīng)用范圍劃分，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)分為亞音速、超音速、高超音速三類。

一、亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)

亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)使用擴(kuò)散形進(jìn)氣道和收斂形噴管，以航空煤油為燃料。飛行時(shí)增壓比不超過 1.89，飛行馬赫數(shù)小于 0.5時(shí)一般不能正常工作。亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)用在亞音速航空器上，如亞音速靶機(jī)。

二、超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)

超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用超音速進(jìn)氣道（燃燒室入口為亞音速氣流）和收斂形或收斂擴(kuò)散形噴管，用航空煤油或烴類燃料。超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)速度為亞音速～6倍音速，用于超音速靶機(jī)和地對(duì)空導(dǎo)彈（一般與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相配合）。

三、高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)

這種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒在超音速下進(jìn)行，使用碳?xì)淙剂匣蛞簹淙剂?，飛行馬赫數(shù)高達(dá)5～16，高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)正處于研制之中。 由于超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室入口為亞音速氣流，也有將前兩類發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)稱為亞音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)，而將第三種發(fā)動(dòng)機(jī)稱為超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)主要是利用高速迎面氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后減速使空氣增壓的。通常由進(jìn)氣道（又稱擴(kuò)壓器）、燃燒室和噴管組成。航空器飛行時(shí)迎面氣流在通過進(jìn)氣道的過程中將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，?jīng)壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室與燃料混合進(jìn)行等壓燃燒，生成的高溫燃?xì)庠趪姽苤信蛎浖铀俸笈懦?，產(chǎn)生推力。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮空氣的方法，是靠飛行器高速飛行時(shí)的相對(duì)氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道中減速，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能（例如進(jìn)氣速度為3倍音速時(shí)，理論上可使空氣壓力提高37倍）。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)，高速氣流迎面向發(fā)動(dòng)機(jī)吹來，在進(jìn)氣道內(nèi)擴(kuò)張減速，氣壓和溫度升高后進(jìn)入燃燒室與燃油（一般為煤油）混合燃燒，將溫度提高到2000一2200℃甚至更高，高溫燃?xì)怆S后經(jīng)推進(jìn)噴管膨脹加速，由噴口高速排出而產(chǎn)生推力。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與進(jìn)氣速度有關(guān)，如進(jìn)氣速度為3倍音速時(shí)，在地面產(chǎn)生的靜推力可以超過200千牛。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)本身沒有活動(dòng)的部分，氣流從前端進(jìn)氣口進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)之后，利用涵道截面積的變化，讓高速氣流速度降低，并且提高氣體壓力。壓縮過后的氣體進(jìn)入燃燒室，與燃料混合之后燃燒。由于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)維持運(yùn)作的一個(gè)重要條件就是高速氣流源源不絕的從前方進(jìn)入，因此發(fā)動(dòng)機(jī)無法在低速或者是靜止下繼續(xù)運(yùn)作，只能在一定的速度以上才可以產(chǎn)生推力。為了讓沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)加速到適合的工作速度，必須有其他的輔助動(dòng)力系統(tǒng)自靜止或者是低速下提高飛行速度，然后才點(diǎn)燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

由于沒有活動(dòng)組件，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與一般噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)比較起來，重量較低，結(jié)構(gòu)也比較簡單，不過沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的氣體壓縮效果有限，因此低速時(shí)效率比較差。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)適合的工作環(huán)境是在2馬赫與以上的速度，最低啟動(dòng)也大約是此界線，隨著速度逐漸增加，氣體的沖壓效應(yīng)在3馬赫時(shí)效率會(huì)大幅壓過渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，而此時(shí)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)受限于超溫往往已經(jīng)無法運(yùn)作了，但是沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒的階段，進(jìn)氣氣流的速度仍然需要經(jīng)過激波減速在音速以下，否則燃燒過程將無法維持。新一代的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)稱為超音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（Scramjet），這種發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流在燃燒階段還是維持在音速以上的速度，在技術(shù)難度上更高，也是發(fā)動(dòng)機(jī)公司發(fā)展的對(duì)象。

沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種利用迎面氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后減速，使空氣提高靜壓的一種空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。它通常由進(jìn)氣道（又稱擴(kuò)壓器）、燃燒室、推進(jìn)噴管三部組成。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒有壓氣機(jī)（也就不需要燃?xì)鉁u輪），所以又稱為不帶壓氣機(jī)的空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造簡單、重量輕、推重比大、成本低。但因沒有壓氣機(jī)，不能在靜止的條件下起動(dòng)，所以不宜作為普通飛機(jī)的動(dòng)力裝置，而常與別的發(fā)動(dòng)機(jī)配合使用，成為組合式動(dòng)力裝置。如沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組合，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)組合等。安裝組合式動(dòng)力裝置的飛行器，在起飛時(shí)開動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、渦噴或渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，待飛行速度足夠使沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的時(shí)，再使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)而關(guān)閉與之配合工作的發(fā)動(dòng)機(jī)；在著陸階段，當(dāng)飛行器的飛行速度降低至沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作時(shí)，又重新起動(dòng)與之配合的發(fā)動(dòng)機(jī)。如果沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛行器的動(dòng)力裝置單獨(dú)使用時(shí)，則這種飛行器必須由其他飛行器攜帶至空中并具有一定速度時(shí)，才能將沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后投放。

①超音速飛機(jī)：主要用作殲擊機(jī)與轟炸機(jī)的動(dòng)力裝置。例如正在研究中的一種，是把沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)組合使用，后者放在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道內(nèi)。起飛時(shí)使用渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在M=0.4時(shí)起動(dòng)，設(shè)計(jì)的飛行速度為音速的4倍(M=4)(圖3)。此外還有一種在研究中的轟炸機(jī)，其設(shè)計(jì)飛行速度為M=4，巡航高度H=30，000公尺，最大航程為16000公里，尚未獲得成功。

②洲際飛航導(dǎo)彈：由于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)可在高速下飛行，并且經(jīng)濟(jì)性很好，做為遠(yuǎn)程導(dǎo)彈，無論從軍事上或經(jīng)濟(jì)上來考慮都很好，所以各國都在積極的從事研究。有一種正在研究中的洲際飛航導(dǎo)彈，其飛行速度約為音速的3.0－3.5倍，高度約為21－24公里。航程大于8000公里。

③中程近程導(dǎo)彈：在射程從幾十公里直到2400公里范圍內(nèi)的中程及近程導(dǎo)彈上，經(jīng)常采用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。這種導(dǎo)彈可以是地對(duì)地，空對(duì)空，也可以是地對(duì)空。例如有一種裝有沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的地對(duì)地導(dǎo)彈飛行速度M=3.5，飛行高度24公里，航程2400公里。另一種空對(duì)空導(dǎo)彈從殲擊機(jī)發(fā)射，可以用來攻擊轟炸機(jī)或其他飛機(jī)，速度是音速的3倍。還有一種正在生產(chǎn)中的防空導(dǎo)彈，由地面發(fā)射，速度為M=2－2.5，這些導(dǎo)彈均采用沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。

此外，為了訓(xùn)練殲擊機(jī)及導(dǎo)彈武器射擊用的超音速靶機(jī)，使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)也是非常經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)檫@種發(fā)動(dòng)機(jī)成本比其他發(fā)動(dòng)機(jī)要便宜得多。

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是一種新型的、用于高速飛行的、尖端航空科學(xué)技術(shù)。它正在日新月異的迅速發(fā)展。在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，有著廣泛的復(fù)雜問題需要研究解決。

隨著飛行速度的提高，就要求設(shè)計(jì)制造出更有效的部件——擴(kuò)壓器，燃燒室，尾噴管。有的國家正在計(jì)劃把沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行速度提高到5－7倍音速，甚至更高(約5300－7400公里/小時(shí))。這就需要解決一系列新的問題。例如，首先要求解決熱障問題，在M=5飛行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)壁面與空氣摩擦后溫度可以達(dá)到1000℃左右。燃燒室加熱以后的溫度將達(dá)到2500－2800℃左右，這就需要耐溫能力更高的材料。其次，為了使燃燒室中能加溫到更高的溫度，所采用的燃料(煤油)是不行的，這就需要高能量的燃料。

今天已進(jìn)入原子能時(shí)代。因此在沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)上使用原子能吸引著許多科學(xué)家，使他們進(jìn)行不懈的研究。不久的將來這種理想就會(huì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

在地球大氣的上層，由于太陽和宇宙線的作用，部分空氣分解成為離子，當(dāng)這些離子再合成分子時(shí)，就會(huì)放出大量的能量，因此就有可能在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)噴入少量的催化劑，使離子再結(jié)合成分子，放出能量而推動(dòng)飛機(jī)，這樣就根本不必?cái)y帶燃料。這種離子沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的航程，可以認(rèn)為是無限的。