未來航空裝備的發展方向已經十分明確，就是要根據“攻防兼備”的要求，針對對手特點和國家科技工業的實際能力，發掘“攻防兼備”中“攻”的實現方式。
根據實現“攻”的要求，我們未來實現的方式大概率為發揮本土幅員遼闊和位置優勢，發展對重點局部地區而非全球范圍的全域到達和快速精確打擊。而這其中的快速打擊，不能僅依靠火箭軍的遠程彈道導彈實現，彈道導彈只能滿足攻擊固定和較大的目標，而對于使用概率更高的移動目標和戰術目標，仍然需要類似巡航導彈，但工作原理完全顛覆現有技術、能夠領先現有戰術反導系統的新型裝備。這便是以沖壓發動機技術為基礎、以超高聲速飛行器為核心的新一代航空裝備。
超高聲速飛行器已經應用在武器領域
沖壓發動機的技術原理并不是在現有航空發動機基礎上發展而來的，而是幾乎與現有航空發動機并行發展的另一條技術路線。沖壓發動機在發展之初，不再使用任何渦輪風扇提高燃燒室內的空氣壓力，簡單的設計結構也避免了增壓渦輪對于提升速度的限制。因此，沖壓發動機首先實現了將飛行器的速度由渦噴發動機時代的3馬赫提高到了3.5-4馬赫。
但是，在沖壓發動機誕生之初，機身前部和進氣道壓縮斜板產生激波，受此影響，此處的空氣流動速度下降到了亞音速，這便是“亞燃沖壓發動機”。雖然這種激波效應為燃料的注入、混合與空氣充分燃燒創造了有利的條件，但空氣在進入亞音速段前，會聚集在燃燒室前段，形成高溫高壓的氣團，這對結構件造成了較大的強度和溫度載荷負擔。而且溫度較高的空氣進入燃燒室后，燃燒膨脹的效率也不如冷空氣高，將沖壓發動機性能制約在6馬赫以下。
超燃沖壓發動機風洞測試畫面
為了改變激波效應對沖壓發動機的限制，目前行之有效的辦法是降低空氣的流量，讓冷空氣足量但不冗余地進入發動機參與燃燒，并且根據空氣在發動機內滯留的時間，重新設計噴油嘴的工作模式，以便燃料能夠在冷空氣流過噴嘴以前，就完成點火和能量釋放。這種加快空氣流動速度的方式，可以直觀地將空氣理解為行駛中的汽車，而進氣道就是路面，通過減少車流量的辦法，避免空氣在進氣道口“阻塞”，使通過的時間相對縮短。通過這樣的改裝，空氣進入發動機的流動速度一般在2-3馬赫左右，因此這種改進后的沖壓發動機也被稱為“超燃沖壓發動機”。
正是由于超燃沖壓發動機內空氣燃燒更加充分，熱效率有了較大提高，其一般速度區間已經能夠達到4-8馬赫，最大飛行速度能夠達到12馬赫。
航空發動機工作范圍示意圖
隨著高速吸氣式推進系統的不斷成熟和相關細節的技術進步，尤其是對沖壓發動機能量釋放的規律量化研究不斷深入，以往出現的現象規律正在逐漸轉化為可靠的理論，而對于沖壓發動機本身來講，制約其應用的主要瓶頸已不再是制造工藝和控制技術的限制，而是起設計原理本身對工作速度區間的局限性。比如使用火箭助推發動機將速度提升到2馬赫后，亞燃沖壓發動機能夠完成2-5馬赫的飛行需要，但當同一飛行器的速度想要提升到6馬赫以上時，就需要將沖壓發動機從亞燃狀態轉變為超燃狀態。這就涉及到了更深層的技術創新——將亞燃、超然兩種模式結合的雙模沖壓發動機。
作者：劉曉峰，裝備專家，長期從事武器裝備論證、預研制工作，主持軍工企業省部級重點項目1項，為國防裝備建設提供決策性重要參考1項，參與新一代裝備關重件試制工作2項，為裝備研制和使用部門提供重要建設性改進意見并得到采納2項，擁有行業內著作1部，在《坦克裝甲車輛理事會論文集》發表裝備發展規劃論文1篇。
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