有这样一种航空发动机,它不存在涡轮、压气机等活动部件,借助飞机的前向运动,以此来压缩空气,进而促使发动机开展工作。
这便是冲压发动机,其推进速度一般处于3至6马赫之间,甚至还会更高,可称作大气层里的发动机之王。
那么它是如何工作的?
其实,冲压发动机的原理并不复杂,小学二年级就能听懂。
我们先来复习一下传统的喷气发动机是如何工作的?
以涡扇发动机为例。
在空气被吸入发动机后,压气机会将其大幅压缩,压力显著增加。
随后,高压空气进到燃烧室当中,跟喷进去的燃油相混合并且被点燃,极度剧烈的燃烧产出了高温高压的燃气。
最后,高温高压的燃气进入涡轮,燃气的膨胀带动涡轮叶片旋转。
涡轮轴在旋转着,它带动了风扇叶片的旋转,同时也带动了压气机叶片的旋转,这才使得整个压缩过程得以维持持续进行,并且燃烧 过程也得以维持持续进行。
当下,已有的涡轮或者涡扇发动机的速度上限,大概处于至大约是2马赫至3马赫这个区间范围之内。
比如协和号客机,它的最高飞行速度可以达到2.04马赫。
而当飞行速度超过3马赫时,进入发动机的空气流速过快。
存在于传统范畴内的压气机,没办法对这些呈现高速状态的气流予以有效压缩,空气的压缩效率会快速地出现下降情况,处于高温高压状态的气流针对涡轮以及压气机部件会造成损害。
那怎么办?
马上将压气机移除掉,鉴于压气机已然不存在了,如此一来涡轮便失去继续存留的价值了。
这个时候,飞行器于高速飞行之际,迎上前的气流速率比较快,于穿过飞机前部的进气道之时,气流将会被自然地压缩,进而产生较高的压力以及温度,这便是冲压效应,如此这般的发动机也被称作冲压发动机。
冲压发动机,会依据所达成的极限速度存在差异,进而区分为亚燃冲压发动机,以及超燃冲压发动机。
气流被减速成为亚音速,之后进入燃烧室进行燃烧,这就是所谓的亚燃冲压发动机。
此项技术现已成熟,适宜用于三至五马赫的中高速飞行,像是中高速反舰导弹,还有巡航导弹之类的。
超燃冲压发动机,空气于进气道仅被部分压缩,气流依旧保持超音速进入燃烧室,燃料要在极短时间内与超音速气流混合,进而燃烧。
据说,这项技术的理论速度能够达到5至15马赫,然而,因为技术难度实在过高,所以仍旧处于试验阶段。

比如说,在处于超音速状态的气流情形之下,燃烧混合这件事情就会变得相对比较困难起来,而且还容易出现火焰熄灭的状况,这种难度等同于在有着12级强度的台风环境当中去点燃一根火柴。
于是乎,便有朋友会发问,冲压发动机这般厉害,为何仅仅堪称大气层内的发动机之王呢,是这样的情况呢?
原因就是它还真没法和火箭发动机相比。
燃烧不依赖外界空气的火箭发动机,是自带氧化剂与燃料的,它能够在真空环境下工作。
并且,存在这样的情况,火箭发动机于静止的状态之时,能够启动,然而,冲压发动机却需要借助助推之力,达到差不多2马赫的速度,方才可以启动。
例如美国的那种被称作X - 43A的高超音速飞行器,于2004年进行第二次试飞的时候,其速度突破了9.8马赫,创造下了凭借进气发动机所达成的最快世界纪录。
然而,要使它的冲压发动机得以启动,就得有一架经过B-52改装而成的母机,借助这架母机把它运载到规定的高度,之后再将其释放。
先是由“飞马座”火箭进行加速,使其达到超音速状态,而后才能够点燃自身配备的冲压发动机。
由此可见,冲压发动机是无法在静止状态下点火启动。
美国有一家叫赫尔墨斯的民营公司,为解决某个问题,他们所试验的一款发动机,能够在涡喷模式与冲压模式之间来回进行切换,实际上这是整合了两种不同发动机的一种混合体。
首先,空气进入进气道,涡喷发动机正常运转工作下,当速度达到3马赫之后,关闭涡喷发动机前方的进气阀,将超音速状态的气流导入后边的冲压发动机,此时,冲压发动机就能够点火启动。
由这个视频能够看出,于涡喷模式之时,火焰呈现为淡蓝色,随后发动机的蓝色火焰消逝不见,尾喷口转变成为暗红状态,与此同时推力有所减小,不过很快冲压模式开启,尾喷口喷射出耀眼的黄色火焰。
这家公司有着这样一个规划,把这款发动机运用到它的高超音速飞行器之上,目的在于达成5马赫的超音速飞行状态。
事出有因,中国存在一家民营航天公司,它正在开展冲压发动机以及超音速客机的研发工作,这家公司便是成都的凌空天行。
在2024年12月17日这天,一款名为“筋斗云400”的高速冲压发动机展开了试飞工作,此型发动机的推力超出了400公斤,于20公里以上的高空达成了4倍音速的飞行,而且该发动机还增添了爆震燃烧技术。
今年1月20日,这家公司再度公布了一款“窜天猴”超音速原型机,这款飞机的长度是7米,它的重量为1.5吨,其配备了双发动机,它的巡航速度能够达到4马赫,在全球范围内出行3小时便可抵达。
具趣味的是,美国的赫尔墨斯是在2018年创立的,中国的凌空天行同样是在2018年创立的,如此看来,冲压发动机的突破是在中美这两大国家之间出现的。
其实,冲压发动机并不是什么高科技。
它的这个概念,最早是由法国人在1913年的时候提出来的,那么为何直到现在都没有获得很好的应用呢?
由于它得在超音速状况里方可启动,所以才这样,那么你清楚究竟是何种技术突破,才可促使冲压发动机成功研制呢?