噴氣飛機的發動機

沖壓噴氣發動機的誕生

　　早在1913年，法國工程師雷恩·洛蘭就提出了沖壓噴氣發動機的設計，并獲得專利。但當時沒有相應的助推手段和相應材料，只停留在紙面上。1928年，德國人保羅·施米特開始設計沖壓式噴氣發動機。最初研制出的沖壓發動機壽命短、振動大，根本無法在載人飛機上使用。

　　于是1934年時，施米特和G·馬德林提出了以沖壓發動機為動力的“飛行炸彈”，于1939年完成了原型。后來這一設計就產生了納粹德國的V-1巡航導彈。此外納粹德國還曾試圖將沖壓噴氣發動機用在戰斗機上。1941年，特勞恩飛機實驗所主任、物理學家歐根·森格爾博士在呂內堡野外進行了該類型發動機的試驗，但最終未能產生具有實用意義的發動機型號。

　　二戰后沖壓發動機得到了極大的發展，為多種的無人機、導彈等采用。

　　沖壓噴氣發動機的核心在于“沖壓”兩字。

　　沖壓發動機由進氣道（也稱擴壓器）、燃燒室、推進噴管三部組成，比渦輪噴氣發動機簡單得多。沖壓是利用迎面氣流進入發動機后減速、提高靜壓的過程。這一過程不需要高速旋轉的復雜的壓氣機，是沖壓噴氣發動機最大的優勢所在。進氣速度為3倍音速時，理論上可使空氣壓力提高37倍，效率很高。高速氣流經擴張減速，氣壓和溫度升高后，進入燃燒室與燃油混合燃燒。燃燒后溫度為2000一2200℃，甚至更高，經膨脹加速，由噴口高速排出，產生推力。因此，沖壓發動機的推力與進氣速度有關。以3倍音速進氣時，在地面產生的靜推力可高達2OO千牛。

　　沖壓噴氣發動機目前分為亞音速、超音速、高超音速三類。亞音速沖壓發動機以航空煤油為燃料，采用擴散形進氣道和收斂形噴管，飛行時增壓比不超過1.89。馬赫數小于O.5時一般無法工作。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，采用收斂形或收斂擴散形噴管。用航空煤油或烴類作為燃料。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。高超音速沖壓發動機使用碳氫燃料或液氫燃料，是一種新穎的發動機，飛行馬赫數高達5～16。目前尚處于研制階段。前兩類發動機統稱為亞音速沖壓發動機，最后一種稱為超音速沖壓發動機。

　　沖壓噴氣發動機與其他推進方式結合后，衍生了多種有特色的發動機，如火箭/沖壓組合發動機、整體式火箭沖壓發動機等。下圖為火箭/沖壓組合發動機原理圖：

　　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。簡單的說就是一個帶燃油噴嘴和和點火裝置的筒子。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，非常適合驅動高超音速飛行器，如空天飛機、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。