西工大沖壓組合循環(huán)發(fā)動機(jī)：到底能干啥？究竟有多先進(jìn)？

7月5日，西工大微博發(fā)表的有關(guān)自己航天學(xué)院的創(chuàng)新團(tuán)隊成功發(fā)射了以沖壓組合循環(huán)發(fā)動機(jī)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(dāng)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(guān)火箭動力方向的第一次成功試驗。這是火箭動力機(jī)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(xué)在科技研發(fā)這方面是當(dāng)之無愧的佼佼者。那么，這個沖壓組合循環(huán)發(fā)動機(jī)究竟是何方神圣呢？它的優(yōu)勢領(lǐng)域在哪里？為什么西工大會選擇這種類型的發(fā)動機(jī)呢？

沖壓組合循環(huán)發(fā)動機(jī)

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

沖壓發(fā)動機(jī)

沖壓循環(huán)發(fā)動機(jī)，簡稱沖壓發(fā)動機(jī)，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(jìn)軍研發(fā)。沖壓發(fā)動機(jī)的工作原理本質(zhì)，也是將飛行時迎面進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)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?xì)鉁囟戎?000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(jī)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(yīng)后，再將混合物快速噴射出來，達(dá)到前進(jìn)的目的。

發(fā)動機(jī)原理

沖壓發(fā)動機(jī)的運用領(lǐng)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(jī)的產(chǎn)生的速度是可以和音速相媲美的，它的應(yīng)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(jī)，對于超音速沖壓發(fā)動機(jī)所能達(dá)到的在亞音速和6倍音速的推進(jìn)速度，都是在發(fā)射導(dǎo)彈這類工程中才能用到的。

超音速發(fā)動機(jī)

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(dá)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(jī)，它們所使用的燃料也有所差別，亞音速沖壓發(fā)動機(jī)使用的是普通的航空煤油，一般適用于相對應(yīng)的亞音速靶機(jī)。

對于超音速沖壓發(fā)動機(jī)而言，可以與火箭發(fā)動機(jī)打個配合，用來配置超音速靶機(jī)，甚至可以配置集中率極高的防空導(dǎo)彈，要知道，防空導(dǎo)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(jī)

如果是做普通的動力實驗，其實噴氣式發(fā)動機(jī)就是不錯的選擇，它經(jīng)常被廣泛應(yīng)用于飛行器這方面，火箭發(fā)動機(jī)大部分都是噴氣式的，這類發(fā)動機(jī)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(jī)依靠在燃料上的種類分為固體燃料火箭發(fā)動機(jī)和液體火箭發(fā)動機(jī)。

火箭發(fā)動機(jī)

為什么西工大會選擇沖壓發(fā)動機(jī)

沖壓發(fā)動機(jī)的組成部分很簡單，只有將動能轉(zhuǎn)換成靜壓能的擴(kuò)壓器，以耐高溫材料制作而成的燃燒設(shè)備——燃燒室，和作為渦輪發(fā)動機(jī)組成部分之一的尾噴管，看似簡單的設(shè)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(jī)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(shè)備的部件要求。

沖壓發(fā)動機(jī)

不僅如此，經(jīng)過相關(guān)測試，沖壓發(fā)動機(jī)可以產(chǎn)生的最快速度能夠達(dá)到音速的4倍，最新測試出的飛行高度可以達(dá)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(jī)的能力范圍劃下范圍呢？

沖壓發(fā)動機(jī)和噴氣式發(fā)動機(jī)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(jī)。

噴氣式發(fā)動機(jī)

也就是說，沖壓發(fā)動機(jī)的發(fā)動并不需要燃?xì)鉁u輪，燃?xì)鉁u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(fù)雜，本身具備的重量并不輕，因此燃?xì)鉁u輪經(jīng)常會被應(yīng)用于中大型的飛機(jī)，更是適用于超音速飛機(jī)。

正因如此，沒有壓氣機(jī)的沖壓發(fā)動機(jī)，是不被歡迎用作中大型飛機(jī)的主要發(fā)動裝置的，如果非要強(qiáng)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(jī)，本質(zhì)上都是沖壓發(fā)動機(jī)與其它發(fā)動機(jī)的組合。

燃?xì)鉁u輪

沖壓發(fā)動機(jī)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(chǔ)之上，才能確保自身的領(lǐng)域和同胞不受到他人侵害。在超音速飛機(jī)這方面，沖壓發(fā)動機(jī)并不是主位，而是改為輔助自身缺少的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，將其放置在進(jìn)氣道中，這樣兩者就可以相輔相成，取長補(bǔ)短。

渦輪噴氣發(fā)動機(jī)

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

總結(jié)

是以，西北工業(yè)大學(xué)的創(chuàng)新團(tuán)隊才會采用沖壓組合循環(huán)發(fā)動機(jī)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(xué)是我國的一流科研大學(xué)，有不少學(xué)生都在火箭領(lǐng)域頗有建樹，相信在未來，我國還有越來越多的學(xué)子成為擴(kuò)寬科研道路的一員。