冲压喷气对超燃冲压发动机
超音速和高超声速飞行是航空工程师的梦想,在这两种情况下,以声速飞行是一项技术上的艰巨任务。尽管超音速是一个实现的梦想,但它的成本使其难以在经济上使用。
冲压喷气发动机和超燃冲压喷气发动机是利用自身速度压缩空气并推动发动机的发动机。冲压发动机技术实际上应用于从导弹、超音速飞机到火炮的许多情况,而超燃冲压发动机仍处于高度试验阶段。
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冲压喷气发动机,有时被称为烟囱式喷气发动机或athodyd,是一种呼吸空气的喷气发动机,它利用发动机的前进运动来压缩进入的空气,而不存在喷气发动机中的旋转压缩机。
按照设计,冲压发动机在最初静止时,不能在零速度下产生推力。因此,飞机需要一个推进系统来启动运动,以便冲压发动机进行压缩。为了达到最佳运行速度,冲压发动机的速度需要在3马赫左右,可以运行到6马赫的速度。冲压喷气机的操作是基于布雷顿循环。
通过在压缩区设置喷嘴对吸入的空气进行压缩,并将流速降低到亚音速,以实现更好的燃烧。火焰支架点燃混合物,产生高压高速气流,以超音速离开发动机。
冲压发动机可以用于需要小型和简单的发动机高速使用的应用,如俄罗斯印度隐形布拉莫斯导弹,印度阿卡什导弹使用冲压发动机技术。它们也被成功地用于直升机旋翼的尖端喷射,尽管效率不高。传奇的洛克希德SR 71喷气式发动机作为冲压发动机的飞机速度超过音速。
冲压发动机的优点是独立于氧气供应,不包括旋转部件,这使其更容易制造和维护。
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超燃冲压发动机(超音速燃烧冲压发动机)是冲压发动机的一种改进型,在这种发动机中,当气流是超音速时就会发生燃烧。与冲压发动机一样,超燃冲压发动机在燃烧前也会利用车辆的速度来压缩进入的空气。然而,冲压发动机在燃烧前将发动机内的气流减速到亚音速,而冲压发动机内的气流在整个发动机内都是超音速的。超音速流动产生更多的反应,使超燃冲压发动机能够在高超声速下高效运行;超燃冲压发动机的理论最高速度在12马赫(1.5万公里/小时)到24马赫(2.9万公里/小时)之间,最快的呼吸空气的飞机有超燃冲压发动机;NASA X-43A达到9.6马赫。
与冲压发动机一样,超燃冲压发动机内部没有活动部件,并继承了将发动机加速到超音速所需的所有基本要求,如主推进系统。虽然超燃冲压发动机在设计和建造上概念简单,但实际实施受到极端工程挑战的限制。高超声速飞行在大气中的气动阻力是巨大的,飞机和发动机上的温度比周围空气的温度要大得多;因此需要新的材料来承受温度。在超音速气流中保持燃烧是一项额外的挑战,因为在数毫秒的时间内,燃料必须被注入、混合、点燃和燃烧。
除了普通冲压发动机的优点外,超燃冲压发动机的比冲(单位推进剂的动量变化量)也比传统喷气发动机高。冲压发动机产生的比冲在1000到4000秒之间,而火箭只提供600秒或更短的时间。
由于超燃冲压发动机具有较高的理论性能,被建议作为下一代轨道飞行器的动力装置,美国宇航局在超燃冲压发动机技术领域进行了广泛的研究。
冲压发动机和超燃冲压发动机有什么区别?
冲压发动机内部的气流是亚音速的,而超燃冲压发动机内部的气流是超音速的。
•超燃冲压发动机产生更高的比冲。
•理论上冲压发动机的速度范围是1到6马赫,而超燃冲压发动机的速度范围是12到24马赫。然而,X-43A获得的最快实际速度是9.6马赫。
图表来源:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ramjet_operation.svg
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Scramjet_operation_en.svg
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