動力裝置是飛行器的心臟，高超聲速飛行器對動力裝置的要求更高，當然難度也要大的多。與常規飛機相比，高超聲速飛行器除了飛行速度要快得多，還往往要進行“跨介質”工作，也就是在大氣層內和臨近空間等環境中都能夠正常工作，而常規飛機的發動機只能在大氣層內工作。

目前而言，高超聲速飛行器的飛行環境大致可以分為三個空間：

一是距離地面大約30千米以內，這是目前絕大多數常規飛機飛行的空間，主要動力是渦輪噴氣式發動機。

二是距離地面30~60千米的範圍，由於地球引力變小，空氣非常稀薄，渦輪噴氣式發動機無法獲得足夠的空氣，燃燒室無法穩定工作，甚至會熄火。實際上，目前大多數戰鬥機的實用升限都在25千米以下，只有SR-71“黑鳥”能在30千米高空飛行，這主要得益於它獨特的雙迴圈發動機。在空氣稀薄空間進入2倍聲速工況時，這臺J58渦噴發動機搖身一變成為衝壓發動機，將空氣壓縮後注入加力燃燒室，解決了稀薄空氣中穩定燃燒所需的氧化劑問題。

三是距離地面60千米以上，大約60~100千米甚至更高的位置，這裡的空氣已經稀薄到連衝壓發動機都無法工作的地步，屬於與外太空環境類似的臨近空間，此時就需要使用火箭發動機來推動。

可見，飛行器要在各種空間環境中飛行，就需要有適應不同環境的多種動力裝置，或者使用多種動力的組合形式，比如將渦輪發動機和衝壓發動機組合起來，或者將渦輪發動機、衝壓發動機和火箭發動機組合起來。在諸多的動力選擇中，衝壓發動機佔據了非常重要的位置，無論哪一種動力組合，衝壓發動機都幾乎是必不可少的動力型別。

高超聲速飛行器要在高空稀薄的空氣中以3馬赫以上的高速飛行，衝壓發動機要比渦輪風扇發動機適應得多。具體來說，高速飛行會造成很高的溫度，渦輪噴氣發動機的渦輪葉片會受高溫燒蝕，以現有材料技術，渦輪葉片能承受的最高速度不能超過3馬赫。而衝壓發動機沒有導向葉片和壓氣機等結構，不存在活動的、可被融化的部件，因此成為高超聲速飛行器的最佳選擇。

儘管當前各國現役導彈上裝備的衝壓發動機不在少數，但這些實際上都應該稱之為“亞燃衝壓發動機”。所謂亞燃衝壓發動機，就是在超聲速飛行中，在進口處設定一個用於將來氣流速度降低到聲速以下的擴散裝置，使氣流進入燃燒室與燃料混合燃燒時，處於亞聲速狀態，因此就稱為“亞燃”。而高超聲速飛行器的速度比亞燃衝壓發動機要求的更髙，一般超過5馬赫，此時如果使用擴散裝置降低氣流速度，就會產生很嚴重的滯止效應，會有大量動能轉化為熱能，直接體現就是燃燒室溫度急劇升高，甚至會達到3000度，這是當前的材料無法承受的。

為了在不使用擴散裝置的情況下，讓氣流直接以高超聲速透過發動機並燃燒，這就是超燃衝壓發動機。它是透過極高的速度將空氣吸入，並將空氣壓縮並達到上千度的高溫後，與燃料混合燃燒產生巨大推力。使用超聲速燃燒能減少氣流壓縮和膨脹損失，降低氣流溫度和壓力，減輕發動機結構負荷。

使用超燃衝壓發動機，使得高超聲速飛行器的理論飛行速度能夠達到5馬赫以上，甚至理論上沒有極限，只要材料和其他條件允許，它能越飛越快。總體來說，超燃衝壓發動機作為高超聲速飛行器的動力，具有其他動力技術無法比擬的優勢。

第一，超燃衝壓發動機的比衝比火箭發動機大，動力效能優越。比衝是指消耗單位質量的燃料所產生的推力。在30千米以上的空氣稀薄空間，理論上也可以用火箭發動機，但超燃衝壓發動機的比衝遠超火箭發動機，因而推力效果更好。根據理論計算，飛行器在30千米高度以5馬赫速度飛行時，超燃衝壓發動機的比衝是火箭發動機的4倍多，也就是說，消耗同樣的燃料，超燃衝壓發動機產生的推力比火箭發動機大3倍以上。

第二，超燃衝壓發動機屬於吸氣式發動機，依靠吸入高速空氣來燃燒執行，不需要自身攜帶氧化劑。而火箭發動機必須攜帶足夠多的燃料，其中氧化劑佔到推進劑總量的80%，嚴重佔用了飛行器的載荷和內部空間。

第三，超燃衝壓發動機具有極高的熱效率。由於沒有渦輪噴氣式發動機上的高速旋轉部件，因此超燃衝壓發動機的功率損耗很小，可用功率比渦輪噴氣式發動機高得多。也就是說，即便在同樣的推力條件下，超燃衝壓發動機產生的實際推進效果要更好。

第四，超燃衝壓發動機的進氣流本來就是高超聲速，因此它非常適宜高超聲速飛行，無需對空氣減速。

由於超燃衝壓發動機的獨特優勢，從上世紀60年代起就引起了美蘇等國的重視。80年代中期，美國啟動的空天飛機計劃就以超燃衝壓發動機為動力。美國X-43A驗證機使用超燃衝壓發動機創造過大氣層內9。6馬赫的飛行紀錄，使用超燃衝壓發動機的X-51A高超聲速導彈驗證機也在在24千米高空達到6馬赫的速度。目前，美國、俄羅斯、中國等研製的超燃衝壓發動機已從科學試驗進入工程驗證階段，接近了實用化的水平。在此基礎上，各國還在繼續開發新一代超燃衝壓發動機技術，採用液體碳氫作為發動機燃料，並具備更好的環境適應性。

儘管超燃衝壓發動機是發展最早、最成熟高超聲速飛行器動力技術，但目前仍有不少難點有待攻克。以超燃衝壓發動機技術最先進的美國為例，從上世紀70年代陸續啟動多個專案，歷時40餘年，至今仍未真正實用，也能充分印證這一點。

目前看，超燃衝壓發動機的技術難點，主要體現在三個方面。

其一，在高超聲速飛行狀態下，高速氣流在發動機內滯留的時間非常短暫，只有幾毫秒，要在這幾毫秒內將燃料與高速空氣充分混合並燃燒，並保證不被高速氣流熄滅，是一件十分困難的事情，有人形容為“在12級颱風中點燃一支蠟燭”，可見其難度之大。在高馬赫狀態下，燃料均勻混合、點火，壓縮、噴出面臨諸多難題，現有超燃衝壓發動機最大工作時間不超過120秒，有的甚至只有幾秒，顯然無法適應長時間的持續工作需要，必須改進發動機燃燒室技術，提高發動機工作時間。

其二，高超聲速巡航飛行速度要達到6馬赫以上，超燃衝壓發動機面臨高速、高溫的工作環境，比渦扇發動機要惡劣得多，這對發動機結構和材料的要求極高。譬如，其燃燒室溫度可達2700度，比目前效能最好的渦扇發動機F119的渦輪前燃溫度還要高出700度，發動機材料不僅能夠承受如此高溫的考驗，還需要保持效能和較長工作壽命。X-51A高超聲速導彈驗證機的噴管為了承受高溫，就採用了鈦合金材料；它使用的X-1型超燃衝壓發動機，最長的一次工作時間也不過210秒，發動機材料耐熱、穩定工作能力離實用化還有不小的距離。

第三，燃料選擇問題。超燃衝壓發動機目前使用的燃料首選還是常規的航空煤油，當航空煤油在燃燒室中劇烈燃燒時，會帶來大範圍的燃燒輻射，對高空環境影響較大。同時，航空煤油的動力效能相對有限，進一步提高飛行速度還需要開發液氫之類的新型燃料。

從全球範圍來看，美國曾經在超燃衝壓發動機領域佔據領先地位，除了X-43A、X-51A等一系列驗證專案，還與澳大利亞聯合研製了低成本HIFiRE超燃衝壓發動機。不過這些專案進展均不太順利，顯示美國在這個領域遇到了瓶頸。俄羅斯則在發動機燃料上做文章，研製了基於碳氫燃料的超燃衝壓發動機，效能比液氫燃料的稍低，速度也可以達到8馬赫。

中國在超燃衝壓發動機領域發展較晚，一直默默無聞進行技術攻關，最近幾年來已經取得了長足進展。2015年第三屆馮如航空科技精英獎評選事蹟中，就披露我國使用超燃衝壓發動機的高超聲速飛行器完成自主飛行試驗，總體技術水平已經直逼美國。

2018年，國產“凌雲”超燃衝壓發動機驗證飛行器公開亮相，這款飛行器使用的超燃衝壓發動機與美、澳合作的HIFiRE超燃衝壓發動機相近，以航空煤油為動力燃燒，屬於低成本、經濟性專案。其後的“凌雲二號”計劃的超燃衝壓動力也已漸入佳境。

由於航空煤油為燃料的超燃衝壓發動機效能面臨瓶頸，中國已啟動氫氧燃料的超燃衝壓發動機專案。2018年，中國空氣動力研究院完成了10馬赫超燃衝壓發動機風洞試驗。在這次實驗中，氫燃料在5毫秒內與速度近3千米秒的空氣充分交融，並實現了氫燃料的超聲速點火與穩定燃燒。實驗的成功，不僅是新型高能脈衝風洞的突破，也驗證了10馬赫量級的氫氧燃燒推進關鍵技術，標誌著我國超高速超燃衝壓發動機研究進入世界前列。

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