中國研發(fā)出4.5倍音速發(fā)動機
根據(jù)光明日報的公開報道，我國目前已經(jīng)成功研制出4.5倍音速的新型沖壓發(fā)動機，而上一代產(chǎn)品則在3倍音速左右。圍繞這個新聞，可以挖據(jù)出三個很有意思的問題：第一，沖壓發(fā)動機有什么意義？第二，沖壓發(fā)動機難點何在？第三，新聞中的發(fā)動機具體將會用在哪里？
第一個問題，沖壓發(fā)動機是各類飛行器（包括飛機、導彈等），在大氣層以內(nèi)、進行高速飛行任務(wù)時最為經(jīng)濟的動力。傳統(tǒng)的超音速飛機采用的吸氣推進發(fā)動機，比如渦輪噴氣發(fā)動機和渦輪噴氣風扇發(fā)動機，在高速下阻力會變得越來越大而推力變得越來越小，很難做到3倍音速以上。
而不用從外界吸收空氣的火箭發(fā)動機，它的工作狀態(tài)雖然不受飛行速度影響，但是由于要自帶氧化劑，同樣噸位和尺寸限制下采用火箭動力的飛行器要少帶一半的燃料；換句話說飛機的航程、導彈的射程都直接要打?qū)φ鄄恢埂?/SPAN>
現(xiàn)代火箭發(fā)動機多采用高能固體燃料（其實就是嚴格控制燃燒速度的高能炸藥），藥柱尺寸越大，對于材料和工藝控制的要求越高，產(chǎn)品合格率越低，隨著射程增加其造價會不成比例的暴漲。
沖壓發(fā)動機在高速下工作時，推力大阻力低，而且本身結(jié)構(gòu)輕巧簡單。僅以高超音速導彈來說，采用沖壓發(fā)動機，可以在相同的噸位尺寸下做出射程翻倍的產(chǎn)品；或者保持射程不變的情況下體積做的更小，武器系統(tǒng)可以一次攜帶更多的導彈數(shù)量。
沖壓發(fā)動機實際應(yīng)用的幾個主要難點，首先在于它只能在高速飛行獲得足夠進氣壓力時才能啟動。針對啟動速度的問題，不同的飛行器有不同的處理方式。比如SR71黑鳥，它的J58發(fā)動機在低速時以渦噴模式工作，在加速完成后轉(zhuǎn)換為沖壓模式。而對于導彈（尤其是非空射型的），則通常使用固體火箭助推器進行輔助加速。
其次的難點在于結(jié)構(gòu)部件有著很強的耐高溫高強度要求，最后也是最大的難點，則是保證燃料能與空氣均勻的混合并可靠的點火、持續(xù)穩(wěn)定燃燒——尤其是在導彈進行機動飛行，進氣道的角度等情況始終處于變化過程中時。而速度越高，這方面的難度就越大。比如3倍音速提升到4.5倍音速以后，碰到的難題之一，就是進氣道內(nèi)的氣流溫度也會隨之急劇升高，對燃燒過程形成巨大的負面影響。
高溫空氣與燃料混合燃燒以后，生成的二氧化碳和水蒸氣會進一步開始解離；分解出大量的一氧化碳、羥基、原子態(tài)的氧和氫，在5倍音速時，燃燒生成的水分就能有60%被解離掉——而解離二氧化碳和水分的能量，都來自于燃料本身的燃燒釋放。這種現(xiàn)象不僅導致了燃燒過程本身的高度不穩(wěn)定，也導致了發(fā)動機推力的急劇下降，是阻礙沖壓發(fā)動機進行高超音速飛行的關(guān)鍵因素之一，被稱為“高超聲障”。
最后從應(yīng)用前景來看，由于發(fā)動機自身限制、以及熱障和高壓等問題，目前要制造大噸位大尺寸的4.5倍音速級飛行器——比如載人飛機或者大中型無人機，還存在極大的困難；唯一可行的工程用途，就是開發(fā)遠程高速導彈。
再進一步具體的話，無論是超遠程空對空導彈（用于打預警機等大型空中目標）、遠程反艦/對敵導彈都在可能性范圍之內(nèi)；或許數(shù)年之后，我們就能見到此類產(chǎn)品的公開亮相。
為了減小導彈的整體尺寸，現(xiàn)代沖壓導彈往往會把固體火箭助推器做到?jīng)_壓發(fā)動機的燃燒室里。
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