超燃冲压发动机导弹技术简介

飞行器常用的推进动力可分为火箭发动机和吸气式发动机两大类。火箭发动 机同时携带氧化剂和燃料，使得其在大气层内外均能有效工作，但携带大量氧化 剂使得火箭发动机的推重比较低，且运载成本高、可重复利用性不好。采用三组 元燃烧和塞式喷管能够有效提升火箭发动机性能，但性能提升基本达到上限。与 火箭发动机相比，吸气式发动机直接利用大气层内的氧气作为氧化剂，能够减小 飞行器的质量与体积，因此燃料比冲高、航程远、经济性好。

飞得更高、更快、更远一直是人类的不懈追求。吸气式发动机中的活塞式发 动机不能突破音速，涡轮喷气/涡轮风扇发动机能够达到的速度在Ma3左右，亚燃 冲压发动机的速度上限一般为Ma5。随着飞行速度的进一步提高，必须采用超燃 冲压发动机，即利用高速来流的冲压效应使来流部分滞止、以超声速进入燃烧室 与燃料混合燃烧。

在大气层内工作时，超燃冲压发动机在Ma6以上性能最佳，在Ma8以上的速 度时是唯一可用的吸气式动力系统。超燃冲压发动机本身的潜在优势和关键技术 难度，使得超声速燃烧的研究持续了60余年。以超燃冲压发动机为代表的高超声 速推进系统可以应用于高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等新型飞行 器，是继发明飞机、突破音障、进入太空之后人类航空史又一个划时代的里程碑。

自20世纪50年代起，美国凭借巨额的资金投入、雄厚的技术基础、系统的 规划和广泛而深入的研究，在超燃冲压发动机的研究中占据着主导地位，领导着 超燃冲压发动机研究的主流方向。其最具代表性的飞行试验是X-43A、HyFly和 X-51A的几次试飞。

一个固体火箭发动机将HAWC提升到超音速，超燃冲压发动机点燃并加速导弹，使其能够达到高超音速飞行。该测试验证了HAWC的机身和推进系统以高超音速到达和巡航的能力。超燃冲压发动机动力高超音速吸气武器概念 （HAWC） 的首次飞行测试。 超燃冲压发动机使用高车速在燃烧前强制压缩进入的空气，以实现高超音速（5马赫或更高）的持续飞行，这是音速的五倍。通过以这些速度行进，像HAWC这样的高超音速武器能够比传统导弹更快地到达目标，从而有可能躲避防御系统。

传统的喷气发动机采用离心式 压缩机，或者旋转的风扇叶片来压 缩吸入的空气，然后燃料与其混合 燃烧以生成推进力。超燃冲压发动 机放弃了压缩机，而是利用高速气 流的巨大压力将空气吸入发动机。因此，超燃冲压发动机比喷气发动 机拥有更高的转速，但在较低的转 速下，吸入空气的压力不足以让超 燃冲压发动机正常工作。这意味着 以超燃冲压发动机为动力的平台难 以缓慢平稳降落，因此只能使用一 次。然而，集成了传统喷气发动机 技术，且以组合循环超燃冲压发动 机为动力的平台可以像飞机一样飞 行，并且可以重复使用。按照库姆 斯的说法，“这种类型的发动机可 能会彻底改变民航和军用飞机的历 史。” “混乱”项目可能会采用组 合循环超燃冲压发动机来驱动无人 机，而不是将其用作一次性导弹的 动力。该无人机将采用传统的喷 气发动机起飞，并加速到大约3马 赫，然后过渡至启动超燃冲压发动 机，使其发射速度超过5马赫。一 旦需要飞入对手领空，基于“混 乱”项目，无人机就可以发射廉价 的常规炸弹和导弹，对目标实施攻 击，或者进行侦察，然后返回重新 装弹，再次执行相关任务，就像舒 尔少校驾驶SR-71“黑鸟”战略侦 察机在利比亚空域执行任务那样。 从理论上讲，这很诱人，但从 工程角度来看却令人困惑，甚至自 相矛盾。涡轮发动机的压缩系统在 设计上阻碍气流，但超燃冲压发动 机需要无阻碍气流才能正常工作。事实上，即使是开发普通的超 燃冲压发动机，其固有的挑战也是 巨大的，特别是当空气与燃料的混 合物以高于音速的速度进入发动机 燃烧室燃烧时（库姆斯将这一挑战 称为“燃烧稳定”）。 高超音速导弹的飞行速度超过每秒一英里，面对2°F的灼热温度，同时在整个飞行过程中进行机动，高超音速导弹测试了可能的极限。 高超音速导弹系统提供更高的速度、最佳性能以及在作战人员与其面临的威胁之间尽可能远的距离内作战的能力。

高超音速导弹系统以超过5马赫的速度移动，带来了一系列独特的工程挑战。

在大气中长时间以这些速度运行时，你会遇到各种热问题，以及机动性和生存能力方面的挑战。用最简单的术语来说，快速移动的武器会变得非常热，并且热量会产生强烈的热引起的结构应力。 热专家、结构设计工程师、分析师和空气动力学家等，解决高超音速导弹系统等多方面问题需要广泛的专业知识基础。 需要采用数字化方式整合未来产品的设计、开发、制造和测试的各个方面，对于复杂系统都需要采用建模仿真的方式进行设计，才能实现大规模量产。 数字化工厂提供长期的生产优势，例如优化的制造流程设计和工作空间、最先进的自动化和产品质量的整体改进。通过数字工厂虚拟环境中对整个制造过程进行建模，以在物理工厂完工之前优化地板布局、加工路径、模具设计、技术人员界面。 从战略角度来看，对手通常会进行防空和太空防御。通过在大气层中快速移动，超音速可以潜在地躲避这些主要防御，使美军能够从远处有效行动。 “高超音速系统能够在高层大气（80，000至200，000英尺）内以接近和超过5马赫的速度进行长时间飞行，并且它们能够以防御者难以预测的方式进行机动，这是高空射程在防空系统和弹道导弹防御系统之间造成了差距。

审核编辑 ：李倩