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沖壓噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)）是一種構(gòu)造非常簡(jiǎn)單、可以發(fā)出很大推力、適用于高空高速飛行的空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

從1913年法國(guó)工程師雷納·勞倫提出沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)概念，人類已經(jīng)在這條與速度賽跑的路上前行了整整一百年。

定義

編輯

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)即沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

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)。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)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)。 [2] 

組成

編輯

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。

工作原理

編輯

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(lái)，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(guò)200千牛。

推

風(fēng)洞中的美國(guó)X-51超聲速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)

力的產(chǎn)生與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，是由于高速排氣所產(chǎn)生的反作用力。其情況是：當(dāng)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣流以高速?zèng)_進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)中，于是空氣速度就驟降，壓力便上升。當(dāng)壓力剛剛達(dá)到大值時(shí)，就由噴油嘴噴射燃料(煤油)，開(kāi)始燃燒，使得發(fā)動(dòng)機(jī)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(chǎn)物相混合的氣體，便以更大的速度從發(fā)動(dòng)機(jī)噴管噴射出來(lái)。噴氣流的速度比進(jìn)口的空氣速度大得多，因而就造成反作用推力，使得飛機(jī)運(yùn)動(dòng)。氣流噴出速度愈大，推力也就愈大。 [1] 

工作程序

編輯

沒(méi)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(kāi)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。沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)或組合式?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)一般用于彈和超音速或亞音速靶機(jī)上。

工作原理

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)只有三個(gè)主要部件——擴(kuò)壓器，燃燒室和尾噴管。雖然它只由很簡(jiǎn)單的三個(gè)管道形的部件構(gòu)成，但是它可以發(fā)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(gè)橫截面只有1平方公尺的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在11公里高空，以速度為3.5倍音速飛行時(shí)(M=3.5)，可以產(chǎn)生推力大約是30，000公斤(即30噸)。這時(shí)它推進(jìn)的功率達(dá)到414，000匹馬力，這相當(dāng)于200個(gè)火車頭的功率。若是在低空飛行，由于空氣密度大功率還要增加。這樣一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有多重呢？多不會(huì)超過(guò)1噸。從這里可以看到它強(qiáng)大的工作能力。 [3] 

特點(diǎn)

編輯

沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，推重比大，成本低。在飛行馬赫數(shù)大于3的條件下使用,有較高的經(jīng)濟(jì)性。它的缺點(diǎn)是不能自行起動(dòng)，須用其他發(fā)動(dòng)機(jī)作為助推器，而且只有飛行器達(dá)到一定飛行速度后才能有效工作。它一般使用煤油做為燃料。

由于它具有這種優(yōu)良的特點(diǎn)——推力大、重量輕，因此非常適合于高空高速飛行。目前的高速度約為4倍音速(相當(dāng)于4400公里/小時(shí))，高度可達(dá)30公里以上。但這數(shù)值還不是它的極限，估計(jì)以后它的飛行高度、速度還要進(jìn)一步提高。

分類

編輯

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。

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(guò) 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)。

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)速度為亞音速到6倍音速，用于超音速靶機(jī)和地對(duì)空彈（一般與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相配合）。 [4] 

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，使用烴類燃料或液氫燃料，飛行馬赫數(shù)高達(dá)5～16，目前高超音速?zèng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)正處于研制之中。 超音速燃燒沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是一種以超音速燃燒為特色的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī),在高速時(shí)，需要超音速燃燒來(lái)保證較高的燃料利用率。（簡(jiǎn)稱超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)）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)。（這種發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)用的代表有美國(guó)的X-43A、X-51A“乘波者”高超音速試驗(yàn)機(jī)