沖壓式噴氣發(fā)動機結構

沖壓噴氣發(fā)動機是一種利用迎面氣流進入發(fā)動機后減速，使空氣提高靜壓的一種空氣噴氣發(fā)動機。它通常由進氣道（又稱擴壓器）、燃燒室、推進噴管三部組成。沖壓發(fā)動機沒有壓氣機（也就不需要燃氣渦輪），所以又稱為不帶壓氣機的空氣噴氣發(fā)動機。

沖壓發(fā)動機的構造簡單、重量輕、推重比大、成本低。但因沒有壓氣機，不能在靜止的條件下起動，所以不宜作為普通飛機的動力裝置，而常與別的發(fā)動機配合使用，成為組合式動力裝置。如沖壓發(fā)動機與火箭發(fā)動機組合，沖壓發(fā)動機與渦噴發(fā)動機或渦扇發(fā)動機組合等。安裝組合式動力裝置的飛行器，在起飛時開動火箭發(fā)動機、渦噴或渦扇發(fā)動機，待飛行速度足夠使沖壓發(fā)動機正常工作的時，再使用沖壓發(fā)動機而關閉與之配合工作的發(fā)動機；在著陸階段，當飛行器的飛行速度降低至沖壓發(fā)動機不能正常工作時，又重新起動與之配合的發(fā)動機。如果沖壓發(fā)動機作為飛行器的動力裝置單獨使用時，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，才能將沖壓發(fā)動機起動后投放。

沖壓發(fā)動機本身沒有活動的部分，氣流從前端進氣口進入發(fā)動機之后，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。壓縮過后的氣體進入燃燒室，與燃料混合之后燃燒。由于沖壓發(fā)動機維持運作的一個重要條件就是高速氣流源源不絕的從前方進入，因此發(fā)動機無法在低速或者是靜止下繼續(xù)運作，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)動機加速到適合的工作速度，必須有其他的輔助動力系統(tǒng)自靜止或者是低速下提高飛行速度，然后才點燃沖壓發(fā)動機。

由于沒有活動組件，沖壓發(fā)動機與一般噴氣發(fā)動機比較起來，重量較低，結構也比較簡單，不過沖壓發(fā)動機在低速時的氣體壓縮效果有限，因此低速時效率比較差。

沖壓發(fā)動機適合的工作環(huán)境是在2馬赫與以上的速度，最低啟動也大約是此界線，隨著速度逐漸增加，氣體的沖壓效應在3馬赫時效率會大幅壓過渦輪噴氣發(fā)動機，而此時的渦輪噴氣發(fā)動機受限于超溫往往已經(jīng)無法運作了，但是沖壓發(fā)動機在燃燒的階段，進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)動機稱為超音速燃燒沖壓發(fā)動機（Scramjet），這種發(fā)動機的氣流在燃燒階段還是維持在音速以上的速度，在技術難度上更高，也是發(fā)動機公司發(fā)展的對象。

沖壓發(fā)動機或組合式?jīng)_壓發(fā)動機一般用于導彈和超音速或亞音速靶機上。按應用范圍劃分，沖壓發(fā)動機分為亞音速、超音速、高超音速三類。

一、亞音速沖壓發(fā)動機

亞音速沖壓發(fā)動機使用擴散形進氣道和收斂形噴管，以航空煤油為燃料。飛行時增壓比不超過 1.89，飛行馬赫數(shù)小于 0.5時一般不能正常工作。亞音速沖壓發(fā)動機用在亞音速航空器上，如亞音速靶機。

二、超音速沖壓發(fā)動機

超音速沖壓發(fā)動機采用超音速進氣道（燃燒室入口為亞音速氣流）和收斂形或收斂擴散形噴管，用航空煤油或烴類燃料。超音速沖壓發(fā)動機的推進速度為亞音速～6倍音速，用于超音速靶機和地對空導彈（一般與固體火箭發(fā)動機相配合）。

三、高超音速沖壓發(fā)動機

這種發(fā)動機燃燒在超音速下進行，使用碳氫燃料或液氫燃料，飛行馬赫數(shù)高達5～16，高超音速沖壓發(fā)動機正處于研制之中。 由于超音速沖壓發(fā)動機的燃燒室入口為亞音速氣流，也有將前兩類發(fā)動機統(tǒng)稱為亞音速沖壓發(fā)動機，而將第三種發(fā)動機稱為超音速沖壓發(fā)動機。

沖壓發(fā)動機主要是利用高速迎面氣流進入發(fā)動機后減速使空氣增壓的。通常由進氣道（又稱擴壓器）、燃燒室和噴管組成。航空器飛行時迎面氣流在通過進氣道的過程中將動能轉變?yōu)閴毫δ埽?jīng)壓縮后的空氣進入燃燒室與燃料混合進行等壓燃燒，生成的高溫燃氣在噴管中膨脹加速后排出，產(chǎn)生推力。

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

①超音速飛機：主要用作殲擊機與轟炸機的動力裝置。例如正在研究中的一種，是把沖壓式發(fā)動機與渦輪噴氣發(fā)動機組合使用，后者放在沖壓發(fā)動機的進氣道內(nèi)。起飛時使用渦輪噴氣發(fā)動機，沖壓發(fā)動機在M=0.4時起動，設計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，其設計飛行速度為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洲際飛航導彈：由于沖壓發(fā)動機可在高速下飛行，并且經(jīng)濟性很好，做為遠程導彈，無論從軍事上或經(jīng)濟上來考慮都很好，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)的中程及近程導彈上，經(jīng)常采用沖壓發(fā)動機。這種導彈可以是地對地，空對空，也可以是地對空。例如有一種裝有沖壓式發(fā)動機的地對地導彈飛行速度M=3.5，飛行高度24公里，航程2400公里。另一種空對空導彈從殲擊機發(fā)射，可以用來攻擊轟炸機或其他飛機，速度是音速的3倍。還有一種正在生產(chǎn)中的防空導彈，由地面發(fā)射，速度為M=2－2.5，這些導彈均采用沖壓式發(fā)動機作為動力裝置。

此外，為了訓練殲擊機及導彈武器射擊用的超音速靶機，使用沖壓發(fā)動機也是非常經(jīng)濟的，因為這種發(fā)動機成本比其他發(fā)動機要便宜得多。

沖壓發(fā)動機是一種新型的、用于高速飛行的、尖端航空科學技術。它正在日新月異的迅速發(fā)展。在這個領域內(nèi)，有著廣泛的復雜問題需要研究解決。

隨著飛行速度的提高，就要求設計制造出更有效的部件——擴壓器，燃燒室，尾噴管。有的國家正在計劃把沖壓發(fā)動機的飛行速度提高到5－7倍音速，甚至更高(約5300－7400公里/小時)。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，發(fā)動機壁面與空氣摩擦后溫度可以達到1000℃左右。燃燒室加熱以后的溫度將達到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。

今天已進入原子能時代。因此在沖壓發(fā)動機上使用原子能吸引著許多科學家，使他們進行不懈的研究。不久的將來這種理想就會變?yōu)楝F(xiàn)實。

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，當這些離子再合成分子時，就會放出大量的能量，因此就有可能在發(fā)動機內(nèi)噴入少量的催化劑，使離子再結合成分子，放出能量而推動飛機，這樣就根本不必攜帶燃料。這種離子沖壓發(fā)動機的航程，可以認為是無限的。