西工大沖壓組合循環(huán)發(fā)動機：到底能干啥？究竟有多先進？

7月5日，西工大微博發(fā)表的有關自己航天學院的創(chuàng)新團隊成功發(fā)射了以沖壓組合循環(huán)發(fā)動機為動力的“飛天一號”火箭，這項工程的成功在社會上引起了一輪熱議。

西工大微博

稍微了解火箭發(fā)射動力的人都知道，當今的現(xiàn)代火箭成功發(fā)射的動力，主要是靠噴氣。而西工大研發(fā)的火箭動力是靠煤炭燃燒的，這可是國際上有關火箭動力方向的第一次成功試驗。這是火箭動力機的成功嘗試，的確是國際首次。

西工大“飛天一號”合影

可以說，西北工業(yè)大學在科技研發(fā)這方面是當之無愧的佼佼者。那么，這個沖壓組合循環(huán)發(fā)動機究竟是何方神圣呢？它的優(yōu)勢領域在哪里？為什么西工大會選擇這種類型的發(fā)動機呢？

沖壓組合循環(huán)發(fā)動機

在人類從蒸汽時代進入到內(nèi)燃機時代之后，工業(yè)制造開始注重于機械效率，所以，能夠把其它形式的能轉(zhuǎn)化為機械能的發(fā)動機就應運而生，它是一種關于動力的轉(zhuǎn)化裝置，比如汽車和航天飛機的發(fā)動動力就來源于此。發(fā)動機的種類也由它的位置和特點，分為不同的燃料發(fā)動機。而火箭發(fā)動機本質(zhì)上就屬于噴氣發(fā)動機，只是需要加上攜帶氧化劑的飛行器。

沖壓發(fā)動機

沖壓循環(huán)發(fā)動機，簡稱沖壓發(fā)動機，最早由法國工程師雷納勞倫在1913年提出概念，之后我們就一直在該方面進軍研發(fā)。沖壓發(fā)動機的工作原理本質(zhì)，也是將飛行時迎面進入發(fā)動機進氣道的空氣減速時產(chǎn)生的動能，作為催化燃料的催化劑，提高燃氣溫度至2000度之上，使其膨脹來產(chǎn)生足以飛行的推力。

簡單來說，就是沖壓發(fā)動機將外界的空氣吞下來和肚子里的煤油等燃料混合，兩者發(fā)生反應后，再將混合物快速噴射出來，達到前進的目的。

發(fā)動機原理

沖壓發(fā)動機的運用領域主要是在航天方面，沒有其他原因，純粹是因為該發(fā)動機的產(chǎn)生的速度是可以和音速相媲美的，它的應用范圍有三類，分別是亞音速，超音速和超高音速。對于火箭而言，一般采用的都是噴氣機，對于超音速沖壓發(fā)動機所能達到的在亞音速和6倍音速的推進速度，都是在發(fā)射導彈這類工程中才能用到的。

超音速發(fā)動機

音速能有多快呢？在正常情況下，我們的聲音在一秒內(nèi)可以達到340米。能夠超過音速，甚至超過幾倍的速度，那得有多快呀？有音速前綴的沖壓發(fā)動機，它們所使用的燃料也有所差別，亞音速沖壓發(fā)動機使用的是普通的航空煤油，一般適用于相對應的亞音速靶機。

對于超音速沖壓發(fā)動機而言，可以與火箭發(fā)動機打個配合，用來配置超音速靶機，甚至可以配置集中率極高的防空導彈，要知道，防空導彈作為地空武器系統(tǒng)的核心武器，殺傷力大，命中率高，是防空火力的主力。

亞音速靶機

如果是做普通的動力實驗，其實噴氣式發(fā)動機就是不錯的選擇，它經(jīng)常被廣泛應用于飛行器這方面，火箭發(fā)動機大部分都是噴氣式的，這類發(fā)動機的燃燒特點就是前文提到過的靠空氣所產(chǎn)生的反作用力來發(fā)動，不光如此，火箭發(fā)動機依靠在燃料上的種類分為固體燃料火箭發(fā)動機和液體火箭發(fā)動機。

火箭發(fā)動機

為什么西工大會選擇沖壓發(fā)動機

沖壓發(fā)動機的組成部分很簡單，只有將動能轉(zhuǎn)換成靜壓能的擴壓器，以耐高溫材料制作而成的燃燒設備——燃燒室，和作為渦輪發(fā)動機組成部分之一的尾噴管，看似簡單的設備，卻能爆發(fā)出極大的力量。得益于這種三段式的簡單構(gòu)造，沖壓發(fā)動機的質(zhì)量很輕，但是能夠產(chǎn)生極大的推力，僅僅憑這兩點，就非常符合航天設備的部件要求。

沖壓發(fā)動機

不僅如此，經(jīng)過相關測試，沖壓發(fā)動機可以產(chǎn)生的最快速度能夠達到音速的4倍，最新測試出的飛行高度可以達到32000米。但是長路漫漫，國家的科研能力日益增長，科研道路越走越廣，誰又能輕易對沖壓發(fā)動機的能力范圍劃下范圍呢？

沖壓發(fā)動機和噴氣式發(fā)動機的區(qū)別有很多，其中最明顯的區(qū)別就是它沒有能夠利用旋轉(zhuǎn)葉片來給空氣做功繼而提升氣壓的壓氣機。

噴氣式發(fā)動機

也就是說，沖壓發(fā)動機的發(fā)動并不需要燃氣渦輪，燃氣渦輪常被用于船只，車輛，甚至是坦克這些大型器械，為的是這些裝備有足夠大的空間來運轉(zhuǎn)。因為結(jié)構(gòu)比較復雜，本身具備的重量并不輕，因此燃氣渦輪經(jīng)常會被應用于中大型的飛機，更是適用于超音速飛機。

正因如此，沒有壓氣機的沖壓發(fā)動機，是不被歡迎用作中大型飛機的主要發(fā)動裝置的，如果非要強攬這個瓷器活的話，那它就只能來到輔助的位置，也就是西工大使用的沖壓組合循環(huán)發(fā)動機，本質(zhì)上都是沖壓發(fā)動機與其它發(fā)動機的組合。

燃氣渦輪

沖壓發(fā)動機的用途并不廣泛，大體都是航天范圍內(nèi)的武器，雖然我們的愿望是世界和平，但是國家還是要在擁有一定的軍事實力的基礎之上，才能確保自身的領域和同胞不受到他人侵害。在超音速飛機這方面，沖壓發(fā)動機并不是主位，而是改為輔助自身缺少的渦輪噴氣發(fā)動機，將其放置在進氣道中，這樣兩者就可以相輔相成，取長補短。

渦輪噴氣發(fā)動機

還有一種應用就是導彈，也包括前文提到過的地空導彈，得益于沖壓發(fā)動機的低成本，高效率，軍事基地也在致力于研究可以遠程飛行的洲際飛航導彈。

總結(jié)

是以，西北工業(yè)大學的創(chuàng)新團隊才會采用沖壓組合循環(huán)發(fā)動機來發(fā)射火箭，這一項成功實驗的工程，的確給國際研究上帶來了新的思路。西北工業(yè)大學是我國的一流科研大學，有不少學生都在火箭領域頗有建樹，相信在未來，我國還有越來越多的學子成為擴寬科研道路的一員。