噴氣式發動機和衝壓式發動機有什麼區別?


衝壓式發動機和超燃衝壓式發動機都是一種噴氣式發動機。衝壓式發動機是一種空氣呼吸式噴氣發動機,通常與超音速運輸相關。衝壓式發動機只能在超音速下啟動,因此無法從零速度啟動,也無法產生推力,因為缺乏空氣速度。

因此,需要輔助起飛飛行或火箭來加速它到超音速,從那時起它開始產生推力。這使得衝壓式發動機僅在超音速下效率高,因為它可以加速到大約6馬赫的速度。多年來,衝壓式發動機徹底改變了火箭推進和導彈技術。

另一方面,超燃衝壓發動機或超音速燃燒衝壓發動機是一個更復雜的模型,在高超音速下效率更高,通常高於6馬赫。冷戰結束後,隨著美國國家航空航天局(NASA)冒險進行大氣層高超音速飛行,出現了被稱為X-43A的超燃衝壓發動機飛行器。對高超音速飛行的進一步研究仍在繼續,但它們仍然侷限於軍事領域。

還公開了關於新型超音速運輸工具的計劃,有望比協和飛機更快更好。對於這些方案,衝壓式發動機和超燃衝壓發動機動力飛機的商用版本可以滿足此類飛行所需的所有要求和規範。X-43A的商用版本可以徹底改變航空旅行,以至於對於衝壓式發動機動力飛機,16000公里的行程可以在不到8小時內完成,而對於超燃衝壓發動機動力飛機,則可以在不到5小時內完成。

衝壓式發動機的執行原理

衝壓式發動機的組成部分包括壓縮機、燃燒室和排氣噴嘴。與普通噴氣發動機不同,衝壓式發動機不能在零推力下執行。因此,一旦飛機達到超音速,透過進氣口進入衝壓式發動機的空氣就會被壓縮機壓縮,因為壓力在衝壓式發動機管內積聚。同時被壓縮的空氣和燃料隨著衝壓式發動機管內壓力和環境壓力穩定在相同水平而減速,並被送入燃燒室。

溫度進一步升高,壓縮空氣和熱氣體試圖逸出,但衝壓式發動機的壁面阻止了空氣和熱氣體的任何膨脹,因此壓力導致空氣和熱氣體透過排氣口快速排出衝壓式發動機。

在衝壓式發動機內部傳播的空氣速度超過聲速,因此會產生衝擊波。衝擊波存在於衝壓式發動機噴嘴沿線,並且由於衝擊波的位置垂直於衝壓式發動機管,因此被稱為正衝擊波。

試圖從燃燒室逸出的氣體和空氣以比進入進氣口空氣的速度更高的速度排出。這意味著更大的推力和更高的加速度,使衝壓式發動機達到更高的速度。通常,衝壓式發動機可以透過上述過程達到6.5馬赫。

對於超燃衝壓發動機,由於進入的空氣已經處於高壓狀態,因此它們沒有任何移動部件來壓縮空氣。超燃衝壓發動機的執行原理與衝壓式發動機非常相似,只是燃燒也在超音速下進行。這意味著被壓縮的空氣在進入燃燒室時不會減速。

雖然超燃衝壓發動機的設計簡單,但其實施受到極端技術挑戰的限制。在大氣層內的高超音速飛行會產生非常高的阻力,這反過來又會導致發動機的極端高溫。在超音速流中維持燃燒也很困難,因為必須在幾分之一秒內注入、混合、點燃和燃燒燃料和空氣。

更新於:2019年7月30日

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