冲压发动机结构图
冲压发动机利用气流减速获得的压比超过了涡扇发动机的压气机,如冲压发动机在3马赫气流下工作时的压比可达37,而F119-PW-100发动机总压比才35。不仅如此,因为冲压发动机没有不耐高温的涡轮,其燃烧温度可达2000℃以上,而F119-PW-100的涡轮前温度只有1950K,即1677℃。结果就是冲压发动机的推力远高于涡扇发动机,理论上一个横截面只有1㎡的冲压发动机在11公里高空,以3.5马赫速度飞行时,可以产生约30吨的推力,远高于F119的156千牛(15.9吨)。
冲压发动机又分为亚燃冲压发动机和超燃冲压发动机,顾名思义,前者燃烧室的燃烧是在亚音速气流中进行,后者燃烧室的燃烧是在超音速气流中进行的。
先看亚燃冲压发动机
进入亚燃冲压发动机燃烧室内的气流必须减速至音速以下才能维持稳定的燃烧,但气流速度下降的同时压力也骤然增大,而进入燃烧室的气流压力越大,燃烧效率就越高,产生的推力就越大。虽然气流减速增压的同时,阻力也会增加,但在推力的增幅大于阻力的增幅时,总体上还是所得大于投入的。
但随着进入冲压发动机进气道的气流速度越来越快,推力的增幅越来越小,阻力的增幅则越来越大,理论上当气流速度达到5马赫这个临界点时,减速增压带来的阻力与推力将会相等,超过这个临界点,再怎么加大燃料供应,速度也不会明显增加,也就是说到这个点以后,所得开始小于投入。在实践中,受到材料、油耗的限制,这个速度临界点会下降到4马赫左右,我国采用亚燃冲压发动机的鹰击12超音速反舰导弹就接近了这个临界点,它达到了3.5马赫左右的平均速度、4马赫的冲刺速度和400-500公里的最大射程,但受限于亚燃冲压发动的上述缺陷,想再进一次提高速度和射程困难很大。