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冲压机械手:阐述冲压发电机

冲压发动机是喷气发动机的一种,它利用了发动机的前向运动来压缩空气,而不使用带有可旋转叶片的压缩机。冲压发动机无法在空速为零的时候产生推力,因此无法使飞行器从静止启动。

冲压发动机需要相当高的速度才能产生工作良好,而在速度达到3马赫左右的时候工作最为有效。而冲压发动机最高可以在6马赫的速度下工作。

冲压发动机的体积比较小和结构都比较简单,因此对于那些需要这种发动机的高速飞行器相当有用,比如导弹。而武器设计者试图在火炮中使用冲压发动机的技术。例如,如果120mm迫击炮弹使用了冲压发动机的技术,射程可能达到35公里。冲压发动机也被作为翼端发动机在直升机的发动机中使用,尽管效率并不高。

冲压发动机经常与脉冲压式喷气发动机混淆。脉冲发动机使用间歇的燃烧方式,而冲压发动机采用连续燃烧的方式。这两种发动机有着本质的区别。

在空气中高速运行的物体将会在运行的前方产生高压区域,而后方产生低压区域。冲压发动机利用了发动机前方的高压使空气进入发动机管道,随后,空气与燃料混合燃烧。加热后的空气传送到喷嘴并被加速至超音速。这个加速给予冲压发动机前进的推力。

冲压发动机通常被描述成“飞行的烟囱”。这个设备非常简单,包括一个进气口、燃烧室、和一个喷嘴。通常,冲压发动机中唯一的活动结构在涡轮泵中,这个泵将液态燃料泵入燃烧室。而固态燃料的冲压发动机的结构更为简单。作为对比,一个涡轮喷气发动机通常包括涡轮驱动的风扇来压缩空气,这将使发动机在低速时有更高的效率,而此时冲压发动机的效率比较低。但是涡轮喷气发动机更加复杂、沉重,造价也更昂贵。涡轮机的温度限制也限制了最高速度与高速时的推力。

冲压发动机本身没有活动的部分,气流从前端进气口进入发动机之后,利用涵道截面积的变化,让高速气流降低速度,并且提高气体压力。压缩过后的气体进入燃烧室,与燃料混合之后燃烧。由于冲压发动机维持运作的一个重要条件就是高速气流源源不决的从前方进入,因此发动机无法在低速或者是静止下继续运作,只能在一定的速度以上才可以产生推力。为了让冲压发动机加速到适合的工作速度,必须有其他的辅助动力系统自静止或者是低速下提高飞行速度,然后才点燃冲压发动机。

由于没有活动组件,冲压发动机与一般喷气发动机比较起来,重量较低,结构也比较简单,不过冲压发动机在低速时的气体压缩效果有限,因此低速时效率比较差。

冲压发动机适合的工作环境是在2马赫与以上的速度,最低启动速度也大约是此界线,随着速度逐渐增加,气体的冲压效应在3马赫时效率会大幅压过涡轮喷气发动机,而此时的涡轮喷气发动机受限于超温往往已经无法运作了,但是冲压发动机在燃烧的阶段,进气气流的速度仍然需要经过激波减速在音速以下,否则燃烧过程将无法维持。新一代的冲压发动机称为超音速燃烧冲压发动机(Scramjet),这种发动机的气流在燃烧阶段还是维持在音速以上的速度,在技术难度上更高,也是目前主要发动机公司发展的对象。