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現(xiàn)有的戰(zhàn)斗機(jī)大多采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，其基本工作原理與渦噴發(fā)動機(jī)類似，用風(fēng)扇將空氣從進(jìn)氣口吸入，在燃燒室內(nèi)形成高壓空氣，然后加注燃油、點火，使空氣體積瞬間膨脹，然后噴出空氣、產(chǎn)生推力。從第三代戰(zhàn)斗機(jī)開始，為了吸入更多空氣，研究人員們就在渦噴發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口位置增加了一個加壓風(fēng)扇，這便是渦扇發(fā)動機(jī)。

渦扇發(fā)動機(jī)可以理解為在渦噴發(fā)動機(jī)外再加一個加壓風(fēng)扇，目的是利用流出的空氣吹動尾部低壓渦輪風(fēng)扇，再帶動前段的風(fēng)扇，增加參與燃燒的空氣量。原理與坦克發(fā)動機(jī)的廢氣渦輪增壓器一致。

正是由于加壓風(fēng)扇的作用，空氣吸入量增加，在燃燒室內(nèi)引燃同樣數(shù)量的燃油，渦扇發(fā)動機(jī)當(dāng)中參與燃燒的空氣要比渦噴發(fā)動機(jī)多，噴出的空氣動力也就更強(qiáng)。而且由于渦扇發(fā)動機(jī)排出的空氣還要經(jīng)過低壓渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動，動力通過低壓軸傳遞給加壓風(fēng)扇，以便繼續(xù)吸入更多空氣，因此渦扇發(fā)動機(jī)雖然空氣燃燒量高，但飛行速度并不快，這就是我們經(jīng)?？吹绞褂脺u扇發(fā)動機(jī)的第三代、第四代戰(zhàn)斗機(jī)雖然空中機(jī)動能力、瞬間加速性和發(fā)動機(jī)使用壽命高于使用渦噴發(fā)動機(jī)的第二代戰(zhàn)斗機(jī)，但最高飛行速度卻不如第二代戰(zhàn)斗機(jī)。所以表現(xiàn)出來的特性就是：第三代戰(zhàn)斗機(jī)一般能夠以1.3-1.5倍音速較長時間巡航飛行，但最快的飛行速度卻略遜二代機(jī)一籌。而最大飛行速度究竟是不是未來戰(zhàn)斗機(jī)追求的目標(biāo)呢？到了四代機(jī)時期，類似氣動布局的戰(zhàn)機(jī)在飛行速度都有了不同程度的提升，由此可見雖然戰(zhàn)斗機(jī)最快飛行紀(jì)錄仍然被四五十年前研制的二代機(jī)把持著，但科學(xué)家們對于提升戰(zhàn)績速度的研發(fā)方向始終沒有改變。

在過去，飛行員對速度的適應(yīng)能力一直是制約飛機(jī)最大速度的瓶頸之一，但隨著無人機(jī)擔(dān)負(fù)的戰(zhàn)場任務(wù)越來越豐富，制約戰(zhàn)斗機(jī)最大飛行速度的“人的因素”已基本不復(fù)存在，所以一些國家開始從動力系統(tǒng)的工作原理角度重新探索提升飛機(jī)速度的方法。

過去，飛行控制技術(shù)一直是超高聲速飛行器進(jìn)入應(yīng)用階段的瓶頸之一，隨著自主駕駛算法的完善和運行設(shè)備的進(jìn)步，無人飛行器將先于有人飛行器實現(xiàn)超高聲速飛行應(yīng)用

順著三代機(jī)與二代機(jī)速度的差距和結(jié)構(gòu)的區(qū)別，我們得到這樣一個規(guī)律——渦扇層數(shù)越多，加力越強(qiáng)。就像在跑步機(jī)上跑步一樣，奔跑的速度在跑步機(jī)速度范圍內(nèi)時，傳送帶可以帶著運動者奔跑，當(dāng)運動者奔跑的速度超過跑步機(jī)最大速度時，傳送帶反而限制了最大速度。這與渦扇發(fā)動機(jī)速度提升瓶頸的原理有些相似。因此，順著減少風(fēng)扇數(shù)量能夠提升最大速度的思路分析，高燃沖壓發(fā)動機(jī)干脆就沒有風(fēng)扇，自然也就沒有了限制。

沖壓發(fā)動機(jī)與渦扇發(fā)動機(jī)原理示意圖

那么，沒有吸氣風(fēng)散的沖壓發(fā)動機(jī)如何讓空氣源源不斷進(jìn)入燃燒室？說白了就是靠吹，當(dāng)飛行器快速飛行時，就會有大量空氣吹入，讓飛行器速度加快，由于沒有風(fēng)扇的阻隔限制，隨著飛行速度不斷加快，就會有更多空氣進(jìn)來，參與燃燒，以此形成良性循環(huán)。其燃燒原理與噴氣式發(fā)動機(jī)幾乎相當(dāng)，所以我們可以把沖壓發(fā)動機(jī)理解為沒有風(fēng)扇的噴氣式發(fā)動機(jī)，這就是沖壓發(fā)動機(jī)飛行速度遠(yuǎn)超渦扇發(fā)動機(jī)的理論依據(jù)。

在整體發(fā)動機(jī)被研制出之前，沖壓發(fā)動機(jī)還需要別的飛行器帶著飛一段

由于沖壓發(fā)動機(jī)在速度較低時沒有足夠的空氣進(jìn)入時不能點火，因此，需要一臺輔助發(fā)動機(jī)把沖壓發(fā)動機(jī)帶到一定速度，這臺輔助發(fā)動機(jī)可以是航空用噴氣式發(fā)動機(jī)，也可以是火箭發(fā)動機(jī)。經(jīng)測試，沖壓發(fā)動機(jī)一般在速度2倍音速的條件下點火，在起飛和著陸階段，使用輔助發(fā)動機(jī)飛行；進(jìn)入3-6倍音速高速飛行狀態(tài)時，關(guān)閉并隱藏輔助發(fā)動機(jī)，同時打開沖壓發(fā)動機(jī)。所以，我們可以把沖壓發(fā)動機(jī)與輔助發(fā)動機(jī)的配合理解成一個完整的高速發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，同時可以沿著這個思路，去構(gòu)思我們未來的空天動力系統(tǒng)。

目前，從理論上已經(jīng)設(shè)計出以火箭沖壓發(fā)動機(jī)作為助推器的與沖壓發(fā)動機(jī)共用一個燃燒室的高速發(fā)動機(jī)系統(tǒng)?；鸺l(fā)動機(jī)負(fù)責(zé)起飛段，沖壓發(fā)動機(jī)負(fù)責(zé)速度3-6倍音速飛行段。

作者：劉曉峰，裝備專家，長期從事武器裝備論證、預(yù)研制工作，主持軍工企業(yè)省部級重點項目1項，為國防裝備建設(shè)提供決策性重要參考1項，參與新一代裝備關(guān)重件試制工作2項，為裝備研制和使用部門提供重要建設(shè)性改進(jìn)意見并得到采納2項，擁有行業(yè)內(nèi)著作1部，在《坦克裝甲車輛理事會論文集》發(fā)表裝備發(fā)展規(guī)劃論文1篇。