超燃冲压发动机比较（长剑100的双燃冲压发动机是亚燃与超燃的技术衔接）

自从东风17在2019年的国庆70周年阅兵式上首次亮相以来，名声大噪，热度不减，但与它同时亮相的长剑100却一直默默无闻，非常低调，至今除了一张模糊的发射照片以外，再没有更多公开的资料，这种比东风17还高的保密级别，给长剑100蒙上了一层神秘的面纱。

阅兵中的长剑100巡航导弹方队

从我军导弹的命名规则来看，“长剑”系列一般指巡航导弹，如长剑10、长剑20，“东风”系列一般指弹道导弹，如东风16、东风21、东风31等。但长剑100却是一个例外，它还有一个名字叫东风100。长剑100有何过人之处，能占用长剑家族与东风家族的最大编号？它长约8米，直径0.57米，能够在3万米高的临近空间，以4-6马赫的速度飞行2000公里后，通过毫米波主动雷达导引头的景像匹配制导击中米级目标，由此可见，长剑100同时具备了弹道导弹的高速度与巡航导弹的高精度，这主要归因于它采用了一种罕见的双燃冲压发动机。

发射中的长剑100

2020年8月27日，官媒长沙军民融合公共服务平台发表了一篇名为《长剑100超音速巡航导弹有多牛？多项黑科技的结晶，最黑的是双模态动力》的文章，算是长剑100的官宣内容。这个双模态动力，指的就是火箭双燃冲压组合发动机，要了解这个火箭双燃冲压组合发动机，先要弄清楚冲压发动机、亚燃冲压发动机和超燃冲压发动机这三个基本的概念。

与涡喷、涡扇等吸气式发动机通过多级转动的叶片来增大空气压力不同，冲压发动机是通过迎面气流的减速来增压的，也就是说它把飞行速度带来的动能转化成了空气的压力能。因此，冲压发动机的构造非常简单，只有进气道、燃烧室、尾喷管三个组成部分，没有动不动就七八级的压气机，也没有涡轮及其复杂的冷却系统，更没有涵道比一说。可以把冲压发动机看作一个形状特殊的管子，在进入管子的气流达到一定速度后，就可以直接喷入雾化油料点火燃烧，产生推力了。

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。

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。

采用亚燃冲压发动机的鹰击12

既然亚燃冲压发动机将4-5马赫的气流减速至亚音速导致了过大的阻力，要减小这个阻力，人们自然想到了能否让超音速气流在冲压发动机内燃烧的问题，这便是超燃冲压发动机。越燃冲压发动机燃烧室中的燃料是在超音速气流中燃烧的，但在超音速气流中组织和控制燃烧的困难极大，火焰很容易被像飓风一样狂暴的气流吹灭，有一个形象的比喻来形容这种场景，那就是“在龙卷风中点燃一根火柴”，正因为如此，美国高超音速飞行器超燃冲压发动机的最长工作时间只有200多秒，美军多种采用超燃冲压发动机的X系列验证机至今也没有实用化。

abc分别为涡扇发动机、亚燃冲压发动机和超燃冲压发动机的示意图

既然超燃冲压发动机这么容易熄火，就有了亚燃/超燃双燃烧室冲压发动机，即双燃冲压发动机的概念。双燃冲压发动机有两个燃烧室，它的进气道将气流分为两部分：一部分进入亚音速燃烧室，另一部分进入超音速燃烧室，分别进行亚音速燃烧和超音速燃烧。一旦超音速燃烧室熄火，亚音速燃烧室仍可继续工作。且亚声速燃烧室还可以起到超燃燃烧室点火源的补燃作用。双燃冲压发动机较纯粹的超燃发动机技术风险小，发展费用低，可以看作是从亚燃冲压发动机到超燃冲压发动机的一种过渡，比较适合巡航导弹这样的一次性使用飞行器。美国霍布金斯大学的应用物理实验室很早就掌握了这一技术，但未能在美军的高超音速飞行器项目中得以应用。

但双燃冲压发动机的缺点也是很明显的，它无法从静止状态启动，必须借助其它动力系统达到最低启动速度才行，因此长剑100串联了一个硕大的助推火箭。另外，采用双燃烧室也让双燃冲压发动机的结构较为复杂。最后在超音速燃烧室工作时，亚音速燃烧室的效率较低，形成的阻力较大，使得采用双燃冲压发动机的飞行器只能达到5-6马赫的最大速度。

长剑100带有一个硕大的助推器

总而言之，双燃冲压发动机可以看作是亚燃冲压发动机和超燃冲压发动机的技术衔接，起着承上启下的关键作用。我国在研制成功鹰击12接近亚燃临界点的冲压发动机后，没有急于研发超燃冲压发动机，而是稳扎稳打，一步一个脚印，先集中力量攻关双燃冲压发动机技术，不仅突破了所有关键技术，还开发了长剑100这一实用型号，在国庆70周年阅兵式上一鸣惊人。反观美国，亚燃冲压发动机成功的型号都没几个，就一窝蜂的上马冲压发动机项目，口号喊的震天响，至今却无一实用化。究竟谁能引领未来超燃冲压发动机的技术潮流，已经一目了然啦！