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沖壓噴氣發動機
來源:互聯網

沖壓噴氣發動機(英文名:Ramjet, stovepipe jet, athodyd,簡稱沖壓發動機)是一種噴氣發動機。1913年,法國雷恩·羅蘭(Rene Lorin)首次提出了沖壓發動機的概念,并給出了相應的博萊頓熱力循環,并獲得專利。

英國美國于20世紀50年代初開始研制用于導彈的第一代沖壓發動機。1969年,中國首型沖壓發動機飛行試驗成功。2010年5月26日,由普惠公司研制,波音公司制造的沖壓發動機驅動的高超聲速X-51A“乘波者”飛行器首飛成功。2017年,波音公司公布其高超聲速情報監視偵察/打擊飛機和民用飛機概念及研制方案,采用渦輪沖壓組合動力形式。

沖壓噴氣發動機可以被理解為一種“簡化的、更適用于超音速飛行的渦輪噴氣發動機”,其“壓氣機”由收縮形狀的進氣道來代替。沖壓噴氣發動機一般使用煤油做為燃料,推力的產生與渦輪噴氣發動機一樣,是由于高速排氣所產生的反作用力。

沖壓發動機的優勢在于構造簡單、重量輕、體積小、推重比大、成本低,因此常用于無人機、靶機、導彈等低成本或一次性的飛行器。同時由于推重比遠大于其他類型的噴氣發動機,沖壓發動機非常適合驅動高超音速飛行器,如天地往返飛行器、先進反艦導彈等。但沖壓發動機沒有壓氣機,就不能在地面靜止情況下啟動,所以不適合作為普通飛機的動力裝置,通常要增加一個助推器,使飛行器獲得一定的飛行速度,然后再啟動沖壓發動機,最常見的助推器為火箭發動機。此外也可由其他飛行器掛載僅裝有沖壓發動機的飛行器,飛行到一定速度后,再將僅用沖壓發動機的飛行器投放。

歷史沿革

1913年,法國雷恩·羅蘭(Rene Lorin)首次提出了沖壓發動機的概念,并給出了相應的博萊頓熱力循環,并獲得專利。

1929年,蘇聯斯捷奇(B. S. Stechkin)金奠定了沖壓發動機的理論基礎。但沖壓發動機最適用于超聲速飛行,而當時高速空氣動力學尚處于萌芽階段,加之地面試驗設備缺乏,只能靠速度較低的空中飛行試驗,所以很長時間未能有進展。

1935年,法國工程師雷內·萊杜克完成了世界上首次沖壓發動機地面點火試驗,證明了沖壓發動機作為推進裝置的可行性,之后,德國英國美國以及蘇聯等國都積極開展了相關理論和試驗研究。

1944年9月,美國馬夸特公司開始研制的MA -19G亞聲速沖壓發動機,曾裝在洛克希德·馬丁公司F-80直升機旋翼轉子兩端部完成了首次有人駕駛飛行。在飛行期間,F-80戰斗機常規動力裝置被關閉以實現沖壓噴氣飛行。同年,美國西勒公司也開始研究8RJ2B沖壓發動機,并與1950年8月裝在原型“大黃蜂”旋翼轉子兩端部進行了飛行試驗。此后,隨著空氣動力學的發展和地面試驗設施的不斷興建、完善,50年代終于進入實用研究階段。

1949年4月21日,搭載沖壓發動機的法國“萊迪”010型試驗飛機首次空投試飛成功,成為世界上第一架以沖壓發動機為動力的飛機。英國美國分別于20世紀50年代初開始研制在彈體外部安裝發動機的第一代沖壓發動機導彈“警犬”-2和“波馬克”CIM -10B,并分別于50年代末和60年代初裝備部隊。“警犬”-2的動力裝置是兩臺羅·羅公司研制的“雷神”式沖壓發動機和四臺布里斯托爾·西德利公司的可分離的固體助推器。“雷神”超聲速沖壓發動機,由于其100%的啟動可靠性而得到充分發展,并被認為適合用于制導武器和有人駕駛飛機;“波馬克”CIM -10B的動力裝置是兩臺馬夸特公司的RJ43 - MA -7 沖壓發動機(每臺推力為53350牛)和一臺西奧科爾公司的整體式固體助推器。

英國美國于20世紀50年代初開始研制用于導彈的第一代沖壓發動機。在錢學森倡導下,中國1957年組建北京動力機械研究所的前身沖壓發動機研究室,1960年實現第一臺沖壓發動機成功點火。

20世紀60年代初,英國、美國、蘇聯開始研制第二代沖壓發動機。之后,各航空航天大國的研究工作一直沒有停止過,開辟了許多新的應用領域。英國、美國和蘇聯都進行了整個導彈以沖壓發動機為主體,合理地布置其他各分系統的所謂整體式布局第二代沖壓發動機導彈的研制。其典型代表有美國的“黃銅騎士”、英國的“海標槍”和蘇聯的“加涅夫”。“黃銅騎士”的動力裝置是本迪克斯公司710毫米直徑的沖壓發動機和阿萊基尼公司的可脫落的串聯固體火箭助推器;“海標槍”的動力裝置是羅·羅公司的奧丁沖壓發動機和串聯的可脫落固體火箭助推器。由于奧丁沖壓發動機置于導彈的第二級后段,超聲速進氣道在導彈的頭部,中間有一個細長比大于6的中心圓柱形管道,故可使發動機能在迎角14°之內安全可靠地工作,并給出足夠的推力

1969年,中國首型沖壓發動機飛行試驗成功。

2002年7月30日,澳大利亞試驗了一種應用于高超聲速飛機的沖壓發動機獲得基本成功。2004年3月27日,美國航宇局進行了采用沖壓發動機的X-43A無人駕駛飛行器的飛行試驗,也曾達到7倍音速的飛行速度。澳美試驗的沖壓發動機都是用氫氣作為燃燒劑的。2010年5月26日,由普惠公司研制,波音公司制造的沖壓發動機驅動的高超聲速X-51A“乘波者”飛行器首飛成功。

2014年,英國公布其佩刀發動機驗證機的發展方案,該發動機的深度預冷技術是解決渦輪沖壓發動機推力陷阱的有效手段。

2017年,波音公司公布其高超聲速情報監視偵察/打擊飛機和民用飛機概念及研制方案,其中高超聲速民用飛機方案采用大三角翼飛機和雙垂尾脊形上表面布局,采用渦輪沖壓動力形式。

2023年10月,美國赫繆斯公司正在積極研發一種可重復使用、既能軍用又能商用的高超音速飛機。其原型機“夸特馬”“夸特馬”長約40英尺(1英尺約合0.3米),被稱為“奇美拉”渦輪基聯合循環(TBCC)發動機提供動力。這種吸氣式噴氣發動機可以被視為兩臺發動機合二為一:一臺是渦輪噴氣發動機,另一臺是沖壓式噴氣發動機。前者擅于在從完全靜止加速到大約3馬赫這一階段為飛機提供動力。在高速階段,則由沖壓式噴氣發動機接手;根據設計,“奇美拉”的沖壓式噴氣發動機能在高達9.5萬英尺高空將“夸特馬”加速至4馬赫以上,甚至有可能超過5馬赫。

基本原理

理論依據

沖壓噴氣發動機可以被理解為一種“簡化的、更適用于超音速飛行的渦輪噴氣發動機”,其“壓氣機”由收縮形狀的進氣道來代替。沖壓噴氣發動機一般使用煤油做為燃料。推力的產生與渦輪噴氣發動機一樣,是由于高速排氣所產生的反作用力。沖壓發動機是靠吸收空氣中的氧氣,燃燒本身攜帶的燃燒劑生成燃氣,高速向后噴出產生反作用推力而工作的;不同之處是沒有壓氣機和燃氣渦輪,進入燃燒室的空氣是利用高速飛行時沖壓作用來增壓的。

當飛行器快速飛行時,就會有大量空氣吹入,讓飛行器速度加快,由于沒有風扇的阻隔限制,隨著飛行速度不斷加快,就會有更多空氣進來,參與燃燒,以此形成良性循環。其燃燒原理與噴氣式發動機幾乎相當,所以我們可以把沖壓發動機理解為沒有風扇的噴氣式發動機,這就是沖壓發動機飛行速度遠超渦輪風扇發動機的理論依據。

工作過程

空氣以超音速進入發動機后,由于自身的動能而繼續向發動機內部流動;根據拉瓦爾原理,超音速空氣被收縮形狀的流道所壓縮并減速;同時空氣也會撞擊由壓氣錐產生的激波面而顯著減速增壓。換言之,壓縮空氣的能量來自于進入的空氣本身的動能。理論研究表明,其最高速度可達23倍音速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為壓力能,經壓縮后的空氣進入燃燒室與燃燒劑混合進行等壓燃燒,生成的高溫燃氣在噴管中膨脹加速后排出。當飛機運動時,空氣流以高速沖進發動機中,于是空氣速度就下降,壓力便上升。當壓力剛剛達到最大值時,就由噴油嘴噴射燃料(煤油),開始燃燒,使得發動機燃燒室中空氣溫度和壓力急速地增大,然后這種炙熱的空氣與燃燒產物相混合的氣體,便以更大的速度從發動機噴管噴射出來。噴氣流的速度比進口的空氣速度大得多,因而就造成反作用推力,使得飛機運動。氣流噴出速度愈大,推力也就愈大。雖然它只由很簡單的三個管道形的部件構成,但是它可以發出非常大的推力,并且推力隨飛行速度的增大而迅速增大。例如,一個橫截面只有1平方米的沖壓發動機在11公里高空,以速度為3.5倍音速飛行時(M=3.5),可以產生推力大約是30000公斤(即30噸)。這時它推進的功率達到414000匹馬力,這相當于200個機車的功率。若是在低空飛行,由于空氣密度大功率還要增加。

沖壓發動機沒有壓氣機,就不能在地面靜止情況下啟動,所以不適合作為普通飛機的動力裝置。通常的解決方法是增加一個助推器,使飛行器獲得一定的飛行速度,然后再啟動沖壓發動機,最常見的助推器為火箭發動機。此外也可由其他飛行器掛載僅裝有沖壓發動機的飛行器,飛行到一定速度后,再將僅用沖壓發動機的飛行器投放。例如,在飛行器上裝固體火箭發動機,或將飛行器吊裝在其它飛行中的飛機上。它是空氣和燃料間歇地供入燃燒室的無壓氣機噴氣發動機。當一股空氣頂開進氣活門進入燃燒室后,進氣話門在彈簧作用下關閉,此時噴進燃油并點火燃燒,燃燒后的高溫燃氣由尾噴管高速噴出,產生推力,吸開進氣活門,空氣又進入發動機燃燒室,重復上述過程,因此燃燒與噴氣是斷續的。

基本構造

沖壓噴氣式發動機是一種構造非常簡單、整個發動機只有三個主要部件——擴壓器,燃燒室和尾噴管。

進氣道

沖壓發動機的進氣道的主要作用是引入空氣,利用速度沖壓作用來實現對氣流的增壓,即利用高速氣流的滯止過程而使氣流壓力提高。在理想情況下,高速氣流速度完全滯止下來。當迎風氣流速度從Ma=2降到零時,壓力可提高7.8倍,從Ma=3降到零時,壓力可提高36.8倍;從Ma=5降到零時,壓力可提高52.9倍,這種增壓比是非常大的。雖然實際情況還會存在壓力損失,且氣流速度不會滯止到零,也就是增壓比不會達到上面所說的那樣高的數值,但隨著飛行速度增大,增壓比是急劇上升的。

進氣道是空氣進入的通道,是沖壓發動機的一個關鍵性組成部分,常采用超音速進氣道,超聲速進氣道按在設計工作狀態下,超聲速滯止到亞聲速過程相對于進氣道進口截面進行分類,可分為三種:若超聲速氣流在進口截面之外滯止為亞聲速,稱為外壓式進氣道;若滯止過程在進口截面以內進行,稱為內壓式進氣道;若滯止過程跨于進口截面內外,則稱為混合式進氣道。

這三種類型的進氣道,超聲速進氣道還可按壓縮表面的幾何形狀分類。根據進氣道壓縮表面的幾何形狀可分為平面式和空間式兩類,常稱為二元和軸對稱式。超聲速非軸對稱進氣道還有須下進氣道和半圓錐進氣道。這兩種進氣道都得到了應用。如美國研制的先進戰略空中發射導彈(ASALM)采用了與彈體結構相結合的顏下進氣道。俄羅斯的馬斯基特反艦導彈采用了四個后置半圓錐進氣道。

燃燒室

沖壓發動機的燃燒室是空氣與燃油混合燃燒,生成燃氣的地方。燃燒室一般制成圓筒體,里腔裝有預燃室、燃油噴嘴環,點火器以及火焰穩定器等組件。從進氣道流入的空氣,與燃油噴嘴噴出的霧化燃油混合,形成可燃的混合氣體。發動機啟動時,點火器工作,放射火花點燃預燃室中的燃氣,形成一個點火“火炬”,然后由它進一步把整個可燃的混合氣體點燃。混合氣體在燃燒室中的燃燒溫度可達1500~2000℃。

由于燃燒室中氣流流動速度很高,燃燒在高速氣流中進行,火焰很容易被吹滅。因此,一要合理確定燃燒室進口的氣流速度。速度過低,將使燃燒室截面積增大,使導彈阻力增大;速度過高,不利于穩定火焰。二是要有火焰穩定裝置,一般采用火焰穩定器。火焰穩定器的作用是使燃氣通過它形成回流區,用以“掛住”火焰,并使火焰易于傳播和穩定,保證穩定而完全地燃燒。火焰穩定器由單錐體和流線形支架組成,也有由V形環組成的。

燃料所形成的液滴群在燃燒室中邊運動,邊蒸發,邊擴散,邊摻合;在穩定器后方形成一定的氣態燃油分布,符合著火條件后由點火器點燃。在沖壓發動機上,多使用煙火點火器。它的工作過程:先由指令信號,使點火器的發火系統啟動工作,發火系統再點燃主煙火藥,產生足以保證點燃預燃室所需的高溫產物。高溫產物通過熱傳導、對流和輻射,將熱量傳給預燃室的可燃混氣,使可燃氣達到著火點,啟動預燃室。預燃室是為使液體燃料沖壓發動機可靠點火和穩定燃燒而在燃燒室中設置的小燃燒室。工作時,先用點火器點燃預燃室,形成先鋒火炬,再點燃整個燃燒室。由于預燃室排出的未燃混氣可以在燃燒室中繼續燃燒,所以不要求預燃室有高的燃燒效率,只要求有良好的著火性能,并發出足夠的火炬溫度和熱量,以點燃主燃燒室。為了保護燃燒室不被燒壞,常常把它做成雙層結構(內層用耐熱合金材料),利用兩層之間的通道引進從進氣道流入的部分空氣來達到冷卻的目的。

尾管

沖壓發動機的尾管的作用是使高溫高壓燃氣進行膨脹而加速噴出,產生發動機推力。亞聲速發動機尾噴管是收縮的,超聲速發動機尾噴管是拉瓦爾噴管。

燃油供給系統和自動調節系統

沖壓發動機的噴嘴噴油受燃油供給系統控制,供給系統感受外界氣流參數(速度、溫度、壓力),根據需要供給適量的燃油,以保證正常燃燒。供油量應隨飛行狀態變化,保證發動機在助推段中,在較貧的狀態下穩定點火;在加速段中,在較富狀態下工作,以得到所需推力;在巡航階段中,在最經濟狀態下工作,以降低能耗,增加射程。自動調節系統可以根據不同的彈道調節供油,還可以根據需要調節進氣道和尾噴管。

技術特點

適用范圍

需要助推器

它不能在靜止狀態或低速下起動,需要用其他助推器使航空器達到一定速度后才能起動并開始有效工作,例如,在飛行器上裝固體火箭發動機,或將飛行器吊裝在其它飛行中的飛機上。通常用它作為導彈的動力。不宜作為普通飛機的動力裝置。由于該發動機速度能夠遠遠超出其他吸空氣式發動機,所以空天飛機多選用它為航空飛行階段提供主要推力

適合高速飛行器

由于它具有這種優良的特點——推力大、重量輕,因此非常適合于高空高速飛行。目前的最高速度約為4倍音速(相當于4400公里/小時),高度可達30公里以上。但這數值還不是它的極限,估計以后它的飛行高度、速度還要進一步提高。根據使用的范圍,沖壓式發動機可以分為亞音速及超音速兩種。隨著導彈武器的發展,沖壓發動機在高空(H=20~40km),高速(Ma≥2.5~4)的攔截導彈和低空(地效航空母艦和貼地)超聲速(Ma =2左右),大射程(大于100km)對艦(地)導彈領域內具有良好的適用性和優越的性能。

對飛行狀態變化敏感

沖壓發動機的工作對飛行狀況的變化很敏感。飛行速度、高度、迎角及燃燒后空氣的剩余量等參數變化都直接影響發動機的工作。體積和直徑都比較大,當高度大于30km后,由于空氣密度、氣壓驟降,發動機性能變壞,甚至無法工作。因此,它的工作范圍較窄,或者要求有完善的自動調節系統才能適應飛行狀況的變化。

經濟性

這種發動機在飛行速度大于3倍音速的條件下使用,有較高的經濟性。沖壓發動機的適用范圍為,Ma=0.5~6,高度為0~40 km,耗油率為0.26~0.3 kg/(N.h),推重比可達10以上,超聲速飛行時經濟性好、耗油率低,是超聲速飛行(Ma2.0 ~ 6.0)的理想動力,與火箭發動機相比,不需要自帶氧化劑,工作時間比火箭發動機長得多,但是,在低速度飛行時經濟性差。

其它特點

沖壓發動機大體上講不需要任何旋轉部件,結構大大簡化、重量減輕、阻力減小。然而由于依賴進入空氣的自身動能進行壓氣,不過在超音速狀態下,它的表現全面優于其它類型的發動機。沖壓發動機無轉動部成本低、使用維護方便,與火箭發動機相比,它的單位迎面推力小,阻力大。隨著推力增加,發動機的體積和直徑增大,它給導彈的部位安排和氣動布局帶來很大困難,還會給導彈帶來額外的阻力。

分類

根據燃料的形式分類

根據燃料的形式,沖壓發動機分為固體沖壓發動機和液體沖壓發動機兩大類。

固體沖壓發動機

沖壓發動機采用的固體燃料稱為貧氧推進劑,又稱富燃料推進劑,是特種固體推進劑的一種。其主要特點是氧化劑含量比常規固體火箭推進劑低,作為燃料的黏合劑和添加劑的含量相對較大。

液體沖壓發動機

液體沖壓發動機采用高密度﹑高體積熱值的經類液體燃料。與普通噴氣燃料相比,經類液體燃料能有效提高燃料單位體積的熱值,在燃料箱容積一定時,能有效地增加導彈所攜燃料的能量,降低發動機的油耗比,從而滿足導彈航速和遠射程的要求;或在導彈航速和射程不變的情況下,減小發動機燃料箱容積,使導彈小型化,從而提高導彈的機動性和突防能力。

按應用范圍劃分

沖壓發動機按應用范圍劃分可以分為亞音速、超音速、高超音速三類。亞聲速沖壓發動機,使用擴張型進氣道和收斂型噴管,以航空煤油作為燃料,增壓比不超過1.89。超聲速沖壓發動機飛行速度在Ma1.5 ~6.0之間,采用多激波系超聲速進氣道和收斂型或收斂―擴張型噴管。 

亞音速沖壓發動機

音速沖壓發動機使用擴散形進氣道和收斂形尾噴管,飛行時增壓比不超過1.89,飛行Ma<0.5時一般不能正常工作。超聲速沖壓發動機也稱亞燃式沖壓發動機,采用超聲速進氣道,進氣道采用反拉瓦爾噴管,超聲速氣流經進氣道進入燃燒室時,速度降為亞聲速,燃燒在亞聲速氣流中進行,尾噴管的形狀為收斂形或收斂擴散形,其適應的飛行速度為1~6倍聲速,采用沖壓發動機的導彈基本都是這種形式。

超音速沖壓發動機

超音速沖壓發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(一般與固體火箭發動機相配合)。

高超音速沖壓發動機

高超聲速沖壓發動機也稱超燃式沖壓發動機,使用碳氫燃料或液氫燃料,燃燒室入口的氣流為超聲速,燃燒在超聲速氣流中進行,尾噴管的形狀為擴張形,飛行Ma可達5~16。高超聲速沖壓發動機燃燒室中靜溫靜壓都較低,所以大大減輕了熱傳導和結構負荷、構造簡單、質量小、但其在燃燒室穩定燃燒比較困難。

組合發動機

渦輪/沖壓發動機

渦輪/沖壓發動機是把燃氣渦輪發動機和沖壓發動機結合在一起,能在各自最佳飛行速度范圍內充分發揮性能的一種發動機。目前,渦輪/沖壓發動機有兩種類型;一類以加力渦噴發動機為基礎;另一類以加力渦扇發動機為基礎。這兩種類型發動機基本原理相同,都把加力燃燒室同時作為沖壓發動機的燃燒室。相比較而言,以加力渦扇為基礎的渦輪/沖壓發動機縱向尺寸稍小、重量稍輕,具有較高的熱效率,在起飛和低速飛行時噪聲水平較低,推力的變化范圍也比較大。世界上第一臺渦輪/沖壓發動機是法國人研制的,安裝在“獵犬”超聲速研究機上,于1955年9月完成首飛。

火箭/沖壓發動機

火箭/沖壓發動機是一種由火箭發動機和沖壓發動機組合而成的發動機,主要部件有:空氣進氣道、燃氣發生器(火箭室)、補燃室和尾噴管。火箭/沖壓發動機的性能介于火箭發動機與沖壓發動機之間。除了普通火箭/沖壓發動機之外,目前在重點發展可變模態火箭/沖壓復合循環發動機,這種發動機一般由三維壓縮高超聲速進氣道、隔離段、雙模態燃燒室和可調噴管等組成,其特點是:工作范圍很寬(從零速起飛到高超聲速),既能大推力起飛加速(火箭引射模式),又能作高比沖巡航飛行,還能關閉沖壓通道用火箭模式加速到軌道速度。普通型火箭/沖壓發動機可用于各種巡航導彈,可變模態火箭/沖壓復合循環發動機有望用于高超聲速航空器和航天運輸。

渦輪/火箭/沖壓發動機

主要包括渦輪、火箭沖壓、沖壓三通道組合方案。馬赫為0~2.5時,渦輪通道工作;馬赫數為2.5~4時火箭沖壓通道工作;馬赫數為4~6及以上時,沖壓通道工作。渦輪火箭沖壓組合發動機可實現寬速域、大空域工作。渦輪火箭沖壓組合發動機還有一種方案,即ATR+DMR并聯組合。ATR(air-turbo-火箭)為空氣渦輪火箭發動機;DMR (dual-mode ramjet))是雙模沖壓發動機。ATR發動機和DMR發動機分別處于完全獨立的低速和高速通道中,馬赫在0~4范圍,ATR通道工作,完成起飛和低速爬升;馬赫數在4~8范圍,雙模沖壓通道工作,完成高速爬升和高超聲速巡航。ATR+DMR并聯組合發動機主要利用了ATR發動機在馬赫數0~4的寬范圍工作能力,其速度上限高,解決了與沖壓發動機的速度銜接問題。此外,低速通道起動和關機過程簡單迅速,模態轉換難度低。

裝備用途

音速沖壓發動機主要用于靶機、近距巡航導彈等;超聲速沖壓發動機主要用于超聲速巡航導彈、高速無人機(或靶機),或用作某些超聲速飛機的助推器等。沖壓發動機更廣泛的用途,還在于和其他動力樣式構成組合式動力裝置,如渦輪―沖壓、火箭―沖壓和渦輪―火箭―沖壓組合等。

直升機

將亞音速沖壓發動機裝在直升機的旋翼尖端,可以用來轉動旋翼。這種型式的動力裝置除了構造簡單以外,并且直升機不承受旋翼轉動的反作用力矩,因而也就沒有必要像一般直升機一樣,在尾巴上安裝抗扭螺旋槳

洲際飛航導彈

由于沖壓發動機可在高速下飛行,并且經濟性很好,作為遠程導彈,無論從軍事上或經濟上來考慮都很好。因此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,其飛行速度為音速的3.0~3.5倍,高度為21~24km,航程大于8000 km。

超音速飛機

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,是把沖壓式發動機與渦輪噴氣發動機組合使用,后者放在沖壓發動機的進氣道內。起飛時使用渦輪噴氣發動機,沖壓發動機在M=0.4時起動,設計的飛行速度為音速的4倍。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=30000公尺,最大航程為16000公里,目前尚未獲得成功。裝有沖壓式發動機的超音速飛機 洲際飛航導彈由于沖壓發動機可在高速下飛行,并且經濟性很好,做為遠程導彈,無論從軍事上或經濟上來考慮都很好,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。

中程近程導彈

中程近程導彈在射程從幾十公里直到2400公里范圍內的中程及近程導彈上,經常采用沖壓發動機。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。另一種空空導彈殲擊機發射,可以用來攻擊戰略轟炸機或其他飛機,速度是音速的3倍。還有一種正在生產中的防空導彈,由地面發射,速度為M=2-2.5,這些導彈均采用沖壓式發動機作為動力裝置。

訓練用途靶機

亞音速沖壓發動機,由于經濟性差,目前很少作為飛機的動力裝置。但是它構造簡單,發動機制造成本很低,因此常作為靶機(靶機是防空部隊打靶時作為射擊目標用的飛機,里面沒有人)的動力裝置。為了訓練殲擊機及導彈武器射擊用的超音速靶機,使用沖壓發動機也是非常經濟的,因為這種發動機成本比其他發動機要便宜得多。蘇聯在噴氣技術上已經大大超過資本主義國家,在沖壓噴氣發動機的生產、科學研究的成果上也遠遠走在資本主義國家的前面。

發展趨勢

沖壓發動機是一種用于高速飛行的、尖端航空科學技術。它正在日新月異的迅速發展。在這個領域內,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,目前所采用的燃料(煤油)是不行的,這就需要高能量的燃料。隨著已進入核能時代,在沖壓發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為現實。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,因此就有可能在發動機內噴入少量的催化劑,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。這種離子沖壓發動機的航程,可以認為是無限的。

參考資料 >

專家:中國沖壓發動機技術與國際先進水平同步.中國新聞網.2024-03-10

空天飛機:從夢想到現實.中國數字科技館.2024-03-09

聽“學霸”來聊聊飛機的“心臟”——航空發動機的進化史.南京航空航天大學.2024-03-09

405.中國科普博覽.2024-03-18

沖壓發動機如何工作?.微信公眾平臺.2024-03-09

航空發動機分類及原理 | 圖文解析.微信公眾平臺.2024-03-09

沖壓發動機問世百年 中國與國際先進水平同步-中新網.中國新聞網.2024-03-09

推薦閱讀 | 寬速域飛行器發展及研究現狀綜述.微信公眾平臺.2024-03-10

沖壓發動機如何工作?高清動畫講解它的工作原理.澎湃新聞.2024-03-18

專家:中國沖壓發動機技術與國際先進水平同步.中國新聞網.2024-03-10

美國“夸特馬”高超音速飛機揭開面紗.百家號.2024-03-18

飛行器是如何突破限制,達到多倍音速的?.光明網.2024-03-09

發動機科普知識(5):空氣噴氣式發動機.中國航空學會動力分會.2024-03-09

渦輪火箭沖壓組合發動機.中國大百科全書.2024-03-09

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