超音速巡航成為主角！除了導彈，還有航天發動機

作者：科普博覽 文字取材自科普

「超音速巡航」這個詞想必大家都比較陌生，不過它卻成為最近一條新聞的主角。據《印度快報》日報報道，印度首次成功試射了射程從３００公里拓展至４５０公里的「布拉莫斯」超音速巡航導彈於１１日在印度奧迪沙邦的錢迪普爾導彈發射場附近，通過移動發射台完成。

其實，除了超音速巡航導彈以外，還有具備超音速巡航功能的戰鬥機。

超音速巡航到底是什麼？

超音速巡航是指飛機在不開啟后燃器的情況下能夠持續在1.5馬赫以上進行超過30分鐘的超音速飛行。超音速巡航的提出主要是基於快速突防的戰術思想，因此，該技術其在未來的超視距作戰中具有很大的優勢。超音速巡航是第五代戰鬥機的主要技術特徵之一。

矢量發動機的作用

一般常規的使用單純渦噴發動機或者渦扇發動機的飛機必須要開加力才能達到超音速，而且持續時間不能太久，一般不超過30分鐘，否則會發生髮動機過熱導致燒壞發動機等不利情況，同時耗油量增加1~3倍。

很多人熟知的是，矢量發動機能讓戰機進行各種超強機動，實際上，它其中的一個作用就是，減少超音速巡航時的阻力。

為進行戰機短距起降和機動性能技術的研究，美國曾將一架F-15B加裝了矢量發動機，並命名為F-15S/MTD。矢量發動機採用矩形噴口，這跟現在的F-22噴口類似。

協和客機還有未來的概念超音速客機設計，它們的機翼和尾翼跟普通客機相比都很短小，因為在超音速巡航時，機翼和尾翼越是寬大，氣動阻力就越會急劇上升，從而讓超音速巡航變得不可能。

而對飛機飛行姿態的控制主要由機翼和尾翼完成，減少了它們的面積也就意味著減弱了對飛機穩定性的控制。矢量發動機通過偏轉噴管，讓一部分推力轉化為對飛機的操縱力，從而部分地代替了飛機機翼和尾翼的作用。

因此，矢量推力技術可讓戰機的機翼和尾翼設計得更小，這能有效減小超音速巡航時的阻力。

也在緊鑼密鼓地研製矢量推力發動機，相信不久的將來，的戰機必定會裝上自己的矢量推力發動機。

說到航空發動機，歷史上到底有多少種航空發動機呢？基本原理又是怎樣的？

洛克希德公司設計的概念超音速客機。

星型發動機

星型發動機示意圖，在其他更先進的航空發動機出現之前，大型飛機的發動機常採用星型設計。

星型發動機屬於活塞式發動機的一種。早在1903年，星型發動機就用在了飛機上。

渦輪噴氣發動機

渦輪噴氣發動機簡稱渦噴發動機，其歷史也很悠久。1937年，世界上第一個渦輪噴氣發動機就開始運行了。

從大的方面看，渦噴發動機由5個結構組成

空氣從進氣道進入發動機后，首先被高速運轉的壓氣機壓縮，產生高壓緻密空氣以提供大量氧氣，燃燒室噴油燃燒，向後衝擊渦輪機，而渦輪機又帶動前面的的壓氣機，燃氣流從噴口噴出產生推力。

渦噴發動機使用範圍很廣，從低空低速到高空超音速飛機都有廣泛應用。前蘇聯的戰鬥機米格-25高空超音速戰機採用渦噴發動機，曾經創下3.3馬赫的飛行記錄，也創下了37250米的升限紀錄。使用渦噴發動機的戰鬥機很適合在高空進行超音速飛行。

渦輪風扇發動機

渦輪風扇發動機簡稱渦扇發動機

很容易就能發現，渦扇發動機和渦噴發動機兩者之間的區別。渦噴只有一個空氣通道，專業上叫做「涵道」，而渦扇發動機卻有兩個空氣通道。也就是說，渦噴發動機是單涵道發動機，而渦扇是雙涵道發動機。

發動機在運轉時，外涵道與內涵道空氣流量的比值叫做涵道比

規律是，涵道比越大越省油，經濟性越好，高涵道比的發動機在亞音速時有非常好的能效，所以它廣泛地運用於客機、運輸機等。

現代戰鬥機也大多採用渦扇發動機，只是，為了追求高空的超音速性能，使用低涵道比的發動機。

渦輪螺旋槳發動機

渦輪螺旋槳噴氣發動機，簡稱渦槳發動機。

渦槳發動機的本質類似於渦噴發動機接上一個減速器，並帶動外部的螺旋槳。

目前，蛟龍-600是世界上最大的水陸兩用飛機，於2016年7月23日總裝下線。

自行設計研製的水陸兩棲飛機蛟龍-600，採用國產WJ-6渦槳發動機

渦槳發動機通常用在小型或低速的亞音速飛機上。但也有例外，俄羅斯的圖-95戰略轟炸蛟龍-600機使用的NK-12MV型渦槳發動機，讓其達到925公里每小時的高速，接近音速。

槳扇發動機

渦槳發動機的燃油效率通常高於渦扇發動機，但它也不是盡善盡美，原因之一是，渦槳發動機上多了一個減速器，也就是變速齒輪。變速齒輪的存在一是增加了發動機重量，二是多少會帶來一些功率上的損耗。

為此，有的國家研製一種不需要變速齒輪的發動機，它就是槳扇發動機。

安-70運輸機上的D-27漿扇發動機

由於和渦輪之間沒有減速器，槳扇的螺旋槳轉速非常高，帶來的優點是燃料效率進一步提高，而缺點是噪音大，難以運用於追求舒適性的客機上。目前，只有安-70運輸機使用漿扇發動機。

「安-70」運輸機由烏克蘭與俄羅斯共同研製開發，於1994年12月6日首飛

「安-70」的發動機，其葉片為前置，還有另一種槳扇發動機，其葉片為後置，這就是通用電氣早些年進行實驗的發動機GE36。

渦輪軸發動機

渦輪軸發動機簡稱渦軸發動機，顧名思義，它是通過「軸」來傳輸動力。直升機、坦克、船舶上都有使用。

渦軸發動機並非如此簡單，但您可以藉此理解其本質

ch-47支奴干直升機上的渦軸發動機

衝壓發動機

無論是上文提到的渦噴還是渦扇發動機，它們的前部都有一個「壓氣機」，這可是個大塊頭，要是能把它去掉就太好了。問題是，沒有了壓氣機，怎麼壓縮空氣？

飛行器飛得越快，迎面而來的空氣就越快，當快到幾倍音速時，空氣自然就得到了壓縮。高壓空氣進入燃燒室，混入燃油，劇烈燃燒並向後高速噴出以得到動力。這就是衝壓發動機的原理。

圖中的（a）代表傳統的渦噴發動機，其結構很複雜，而（b）代表衝壓發動機；（c）表示超燃衝壓發動機

衝壓發動機一般用在導彈和目前還在試驗階段的高超音速飛行器上。

航空發動機的發展已有100多年的歷程，相比歐美國家，的起步較晚，不過，即使是這樣，也取得了很大的成就。迄今為止，全世界能夠研發航空發動機的也只有美國、俄羅斯、英國、法國和等少數幾個國家。

航空發動機被譽為國之重器，正如所見，對航空發動機越來越重視，整合力度也在不斷加大。未來，的航空發動機必將走入世界第一流的行列。