中国研发出4.5倍音速发动机，要用在何处？

资料图：冲压发动机的最基本结构原理真的就是这么简单

资料图：罗尔斯·罗伊斯早年的“雷神”冲压发动机

第一个问题，冲压发动机是各类飞行器（包括飞机、导弹等），在大气层以内、进行高速飞行任务时最为经济的动力。传统的超音速飞机采用的吸气推进发动机，比如涡轮喷气发动机和涡轮喷气风扇发动机，在高速下阻力会变得越来越大而推力变得越来越小，很难做到3倍音速以上。

资料图：单纯的涡喷/涡扇发动机都不适合3倍音速以上的高速飞行

而不用从外界吸收空气的火箭发动机，它的工作状态虽然不受飞行速度影响，但是由于要自带氧化剂，同样吨位和尺寸限制下采用火箭动力的飞行器要少带一半的燃料；换句话说飞机的航程、导弹的射程都直接要打对折不止。而且现代火箭发动机多采用高能固体燃料（其实就是严格控制燃烧速度的高能炸药），药柱尺寸越大，对于材料和工艺控制的要求越高，产品合格率越低，随着射程增加其造价会不成比例的暴涨。

资料图：液体火箭发动机的基本原理，两个箱子装燃料（Fuel）和氧化剂（Oxidizer）,然后用泵（Pump）把它们抽出来喷射到发动机的燃烧室（Combustion Chamber）里点燃，高温高压燃气从喷管（Nozzle）喷出后形成巨大推力

资料图：固体火箭的发动机结构比液体的简单多了，中间就一个大火药柱子，就那么从底下往上面烧呗。

资料图：美国民间火箭爱好者自己制作的简易固体燃料火箭，燃料浇铸时特殊的银灰色泽来自加强燃烧能量的铝粉，注意燃料中间的燃气通道

冲压发动机在高速下工作时，推力大阻力低，而且本身结构轻巧简单。仅以高超音速导弹来说，采用冲压发动机，可以在相同的吨位尺寸下做出射程翻倍的产品；或者保持射程不变的情况下体积做的更小，武器系统可以一次携带更多的导弹数量。

冲压发动机实际应用的几个主要难点，首先在于它只能在高速飞行获得足够进气压力时才能启动。针对启动速度的问题，不同的飞行器有不同的处理方式。比如SR71黑鸟，它的J58发动机在低速时以涡喷模式工作，在加速完成后转换为冲压模式。而对于导弹（尤其是非空射型的），则通常使用固体火箭助推器进行辅助加速。

资料图：为了减小导弹的整体尺寸，现代冲压导弹往往会把固体火箭助推器做到冲压发动机的燃烧室里

其次的难点在于结构部件有着很强的耐高温高强度要求，最后也是最大的难点，则是保证燃料能与空气均匀的混合并可靠的点火、持续稳定燃烧——尤其是在导弹进行机动飞行，进气道的角度等情况始终处于变化过程中时。而速度越高，这方面的难度就越大。比如3倍音速提升到4.5倍音速以后，碰到的难题之一，就是进气道内的气流温度也会随之急剧升高，对燃烧过程形成巨大的负面影响。

资料图：目前实用化的5-6倍音速以下的冲压发动机，气流在从进气道进入燃烧室以后都会减速到亚音速状态参与燃烧，因此叫做亚燃发动机。而一旦达到6倍音速以上，冲压发动机就要进行超音速燃烧，而这是中国冲压发动机未来最大的技术难关。

高温空气与燃料混合燃烧以后，生成的二氧化碳和水蒸气会进一步开始解离；分解出大量的一氧化碳、羟基、原子态的氧和氢，在5倍音速时，燃烧生成的水分就能有60%被解离掉——而解离二氧化碳和水分的能量，都来自于燃料本身的燃烧释放。这种现象不仅导致了燃烧过程本身的高度不稳定，也导致了发动机推力的急剧下降，是阻碍冲压发动机进行高超音速飞行的关键因素之一，被称为“高超声障”。

资料图：鹰击-12上，中国的3倍音速级别冲压发动机实现了实用化

最后从应用前景来看，由于发动机自身限制、以及热障和高压等问题，目前要制造大吨位大尺寸的4.5倍音速级飞行器——比如载人飞机或者大中型无人机，还存在极大的困难；唯一可行的工程用途，就是开发远程高速导弹。而再进一步具体的话，无论是超远程空对空导弹（用于打预警机等大型空中目标）、远程反舰/对敌导弹都在可能性范围之内；或许数年之后，我们就能见到此类产品的公开亮相。