喷气式发动机和冲压式发动机有什么区别?
冲压式发动机和超燃冲压式发动机都是一种喷气式发动机。冲压式发动机是一种空气呼吸式喷气发动机,通常与超音速运输相关。冲压式发动机只能在超音速下启动,因此无法从零速度启动,也无法产生推力,因为缺乏空气速度。
因此,需要辅助起飞飞行或火箭来加速它到超音速,从那时起它开始产生推力。这使得冲压式发动机仅在超音速下效率高,因为它可以加速到大约6马赫的速度。多年来,冲压式发动机彻底改变了火箭推进和导弹技术。
另一方面,超燃冲压发动机或超音速燃烧冲压发动机是一个更复杂的模型,在高超音速下效率更高,通常高于6马赫。冷战结束后,随着美国国家航空航天局(NASA)冒险进行大气层高超音速飞行,出现了被称为X-43A的超燃冲压发动机飞行器。对高超音速飞行的进一步研究仍在继续,但它们仍然局限于军事领域。
还公开了关于新型超音速运输工具的计划,有望比协和飞机更快更好。对于这些方案,冲压式发动机和超燃冲压发动机动力飞机的商用版本可以满足此类飞行所需的所有要求和规范。X-43A的商用版本可以彻底改变航空旅行,以至于对于冲压式发动机动力飞机,16000公里的行程可以在不到8小时内完成,而对于超燃冲压发动机动力飞机,则可以在不到5小时内完成。
冲压式发动机的运行原理
冲压式发动机的组成部分包括压缩机、燃烧室和排气喷嘴。与普通喷气发动机不同,冲压式发动机不能在零推力下运行。因此,一旦飞机达到超音速,通过进气口进入冲压式发动机的空气就会被压缩机压缩,因为压力在冲压式发动机管内积聚。同时被压缩的空气和燃料随着冲压式发动机管内压力和环境压力稳定在相同水平而减速,并被送入燃烧室。
温度进一步升高,压缩空气和热气体试图逸出,但冲压式发动机的壁面阻止了空气和热气体的任何膨胀,因此压力导致空气和热气体通过排气口快速排出冲压式发动机。
在冲压式发动机内部传播的空气速度超过声速,因此会产生冲击波。冲击波存在于冲压式发动机喷嘴沿线,并且由于冲击波的位置垂直于冲压式发动机管,因此被称为正冲击波。
试图从燃烧室逸出的气体和空气以比进入进气口空气的速度更高的速度排出。这意味着更大的推力和更高的加速度,使冲压式发动机达到更高的速度。通常,冲压式发动机可以通过上述过程达到6.5马赫。
对于超燃冲压发动机,由于进入的空气已经处于高压状态,因此它们没有任何移动部件来压缩空气。超燃冲压发动机的运行原理与冲压式发动机非常相似,只是燃烧也在超音速下进行。这意味着被压缩的空气在进入燃烧室时不会减速。
虽然超燃冲压发动机的设计简单,但其实施受到极端技术挑战的限制。在大气层内的高超音速飞行会产生非常高的阻力,这反过来又会导致发动机的极端高温。在超音速流中维持燃烧也很困难,因为必须在几分之一秒内注入、混合、点燃和燃烧燃料和空气。