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沖壓式發(fā)動機是噴氣發(fā)動機的一種,是利用高速氣流在速度改變下產(chǎn)生的壓力改變,達到氣體壓縮的原理來運作。
沖壓式發(fā)動機是由進氣道(也稱擴壓器)、燃燒室、推進噴管三部組成。按應(yīng)用范圍劃分,目前分為亞音速、超音速、高超音速三類。
沖壓發(fā)動機比渦輪噴氣發(fā)動機簡單得多。沖壓是利用迎面氣流進入發(fā)動機后減速、提高靜壓的過程。這一過程不需要高速旋轉(zhuǎn)的復雜壓氣機,也是沖壓噴氣發(fā)動機最大的優(yōu)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(jīng)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2000~2200℃,甚至更高,經(jīng)膨脹加速,由噴口高速排出,產(chǎn)生推力。因此,沖壓發(fā)動機的推力與進氣速度有關(guān)。以3倍音速進氣時,在地面產(chǎn)生的靜推力可高達200kN。
沖壓發(fā)動機按應(yīng)用范圍劃分可以分為亞音速、超音速、高超音速三類。
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。
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到6倍音速,一般與固體火箭發(fā)動機相配合。
高超音速沖壓發(fā)動機燃燒在超音速下進行,使用烴類燃料或液氫燃料,飛行馬赫數(shù)高達5~16,目前高超音速沖壓發(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)動機的優(yōu)勢在于構(gòu)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(fā)動機,非常適合驅(qū)動高超音速飛行器,如空天飛機、先進反艦導彈等。
但沖壓發(fā)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(fā)動機,最常見的助推器為火箭發(fā)動機。此外也可由其他飛行器掛載僅裝有沖壓發(fā)動機的飛行器,飛行到一定速度后,再將僅用沖壓發(fā)動機的飛行器投放。