创造超高声速飞行器，为何超燃冲压发动机是关键？

　　未来航空装备的发展方向已经十分明确，就是要根据“攻防兼备”的要求，针对对手特点和国家科技工业的实际能力，发掘“攻防兼备”中“攻”的实现方式。

　　根据实现“攻”的要求，我们未来实现的方式大概率为发挥本土幅员辽阔和位置优势，发展对重点局部地区而非全球范围的全域到达和快速精确打击。而这其中的快速打击，不能仅依靠火箭军的远程弹道导弹实现，弹道导弹只能满足攻击固定和较大的目标，而对于使用概率更高的移动目标和战术目标，仍然需要类似巡航导弹，但工作原理完全颠覆现有技术、能够领先现有战术反导系统的新型装备。这便是以冲压发动机技术为基础、以超高声速飞行器为核心的新一代航空装备。

　　超高声速飞行器已经应用在武器领域 

　　冲压发动机的技术原理并不是在现有航空发动机基础上发展而来的，而是几乎与现有航空发动机并行发展的另一条技术路线。冲压发动机在发展之初，不再使用任何涡轮风扇提高燃烧室内的空气压力，简单的设计结构也避免了增压涡轮对于提升速度的限制。因此，冲压发动机首先实现了将飞行器的速度由涡喷发动机时代的3马赫提高到了3.5-4马赫。

　　但是，在冲压发动机诞生之初，机身前部和进气道压缩斜板产生激波，受此影响，此处的空气流动速度下降到了亚音速，这便是“亚燃冲压发动机”。虽然这种激波效应为燃料的注入、混合与空气充分燃烧创造了有利的条件，但空气在进入亚音速段前，会聚集在燃烧室前段，形成高温高压的气团，这对结构件造成了较大的强度和温度载荷负担。而且温度较高的空气进入燃烧室后，燃烧膨胀的效率也不如冷空气高，将冲压发动机性能制约在6马赫以下。

　　超燃冲压发动机风洞测试画面 

　　为了改变激波效应对冲压发动机的限制，目前行之有效的办法是降低空气的流量，让冷空气足量但不冗余地进入发动机参与燃烧，并且根据空气在发动机内滞留的时间，重新设计喷油嘴的工作模式，以便燃料能够在冷空气流过喷嘴以前，就完成点火和能量释放。这种加快空气流动速度的方式，可以直观地将空气理解为行驶中的汽车，而进气道就是路面，通过减少车流量的办法，避免空气在进气道口“阻塞”，使通过的时间相对缩短。通过这样的改装，空气进入发动机的流动速度一般在2-3马赫左右，因此这种改进后的冲压发动机也被称为“超燃冲压发动机”。

　　正是由于超燃冲压发动机内空气燃烧更加充分，热效率有了较大提高，其一般速度区间已经能够达到4-8马赫，最大飞行速度能够达到12马赫。

　　航空发动机工作范围示意图 

　　随着高速吸气式推进系统的不断成熟和相关细节的技术进步，尤其是对冲压发动机能量释放的规律量化研究不断深入，以往出现的现象规律正在逐渐转化为可靠的理论，而对于冲压发动机本身来讲，制约其应用的主要瓶颈已不再是制造工艺和控制技术的限制，而是起设计原理本身对工作速度区间的局限性。比如使用火箭助推发动机将速度提升到2马赫后，亚燃冲压发动机能够完成2-5马赫的飞行需要，但当同一飞行器的速度想要提升到6马赫以上时，就需要将冲压发动机从亚燃状态转变为超燃状态。这就涉及到了更深层的技术创新——将亚燃、超然两种模式结合的双模冲压发动机。

　　作者：刘晓峰，装备专家，长期从事武器装备论证、预研制工作，主持军工企业省部级重点项目1项，为国防装备建设提供决策性重要参考1项，参与新一代装备关重件试制工作2项，为装备研制和使用部门提供重要建设性改进意见并得到采纳2项，拥有行业内著作1部，在《坦克装甲车辆理事会论文集》发表装备发展规划论文1篇。