飛行器常用的推進動力可分為火箭發(fā)動機和吸氣式發(fā)動機兩大類?；鸺l(fā)動 機同時攜帶氧化劑和燃料，使得其在大氣層內(nèi)外均能有效工作，但攜帶大量氧化 劑使得火箭發(fā)動機的推重比較低，且運載成本高、可重復(fù)利用性不好。采用三組 元燃燒和塞式噴管能夠有效提升火箭發(fā)動機性能，但性能提升基本達到上限。與 火箭發(fā)動機相比，吸氣式發(fā)動機直接利用大氣層內(nèi)的氧氣作為氧化劑，能夠減小 飛行器的質(zhì)量與體積，因此燃料比沖高、航程遠、經(jīng)濟性好。

飛得更高、更快、更遠一直是人類的不懈追求。吸氣式發(fā)動機中的活塞式發(fā) 動機不能突破音速，渦輪噴氣/渦輪風(fēng)扇發(fā)動機能夠達到的速度在Ma3左右，亞燃 沖壓發(fā)動機的速度上限一般為Ma5。隨著飛行速度的進一步提高，必須采用超燃 沖壓發(fā)動機，即利用高速來流的沖壓效應(yīng)使來流部分滯止、以超聲速進入燃燒室 與燃料混合燃燒。

在大氣層內(nèi)工作時，超燃沖壓發(fā)動機在Ma6以上性能最佳，在Ma8以上的速 度時是唯一可用的吸氣式動力系統(tǒng)。超燃沖壓發(fā)動機本身的潛在優(yōu)勢和關(guān)鍵技術(shù) 難度，使得超聲速燃燒的研究持續(xù)了60余年。以超燃沖壓發(fā)動機為代表的高超聲 速推進系統(tǒng)可以應(yīng)用于高超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速飛機和空天飛機等新型飛行 器，是繼發(fā)明飛機、突破音障、進入太空之后人類航空史又一個劃時代的里程碑。

自20世紀50年代起，美國憑借巨額的資金投入、雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)、系統(tǒng)的 規(guī)劃和廣泛而深入的研究，在超燃沖壓發(fā)動機的研究中占據(jù)著主導(dǎo)地位，領(lǐng)導(dǎo)著 超燃沖壓發(fā)動機研究的主流方向。其最具代表性的飛行試驗是X-43A、HyFly和 X-51A的幾次試飛。

一個固體火箭發(fā)動機將HAWC提升到超音速，超燃沖壓發(fā)動機點燃并加速導(dǎo)彈，使其能夠達到高超音速飛行。該測試驗證了HAWC的機身和推進系統(tǒng)以高超音速到達和巡航的能力。超燃沖壓發(fā)動機動力高超音速吸氣武器概念 （HAWC） 的首次飛行測試。 超燃沖壓發(fā)動機使用高車速在燃燒前強制壓縮進入的空氣，以實現(xiàn)高超音速（5馬赫或更高）的持續(xù)飛行，這是音速的五倍。通過以這些速度行進，像HAWC這樣的高超音速武器能夠比傳統(tǒng)導(dǎo)彈更快地到達目標(biāo)，從而有可能躲避防御系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的噴氣發(fā)動機采用離心式 壓縮機，或者旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉片來壓 縮吸入的空氣，然后燃料與其混合 燃燒以生成推進力。超燃沖壓發(fā)動 機放棄了壓縮機，而是利用高速氣 流的巨大壓力將空氣吸入發(fā)動機。因此，超燃沖壓發(fā)動機比噴氣發(fā)動 機擁有更高的轉(zhuǎn)速，但在較低的轉(zhuǎn) 速下，吸入空氣的壓力不足以讓超 燃沖壓發(fā)動機正常工作。這意味著 以超燃沖壓發(fā)動機為動力的平臺難 以緩慢平穩(wěn)降落，因此只能使用一 次。然而，集成了傳統(tǒng)噴氣發(fā)動機 技術(shù)，且以組合循環(huán)超燃沖壓發(fā)動 機為動力的平臺可以像飛機一樣飛 行，并且可以重復(fù)使用。按照庫姆 斯的說法，“這種類型的發(fā)動機可 能會徹底改變民航和軍用飛機的歷 史?！?“混亂”項目可能會采用組 合循環(huán)超燃沖壓發(fā)動機來驅(qū)動無人 機，而不是將其用作一次性導(dǎo)彈的 動力。該無人機將采用傳統(tǒng)的噴 氣發(fā)動機起飛，并加速到大約3馬 赫，然后過渡至啟動超燃沖壓發(fā)動 機，使其發(fā)射速度超過5馬赫。一 旦需要飛入對手領(lǐng)空，基于“混 亂”項目，無人機就可以發(fā)射廉價 的常規(guī)炸彈和導(dǎo)彈，對目標(biāo)實施攻 擊，或者進行偵察，然后返回重新 裝彈，再次執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，就像舒 爾少校駕駛SR-71“黑鳥”戰(zhàn)略偵 察機在利比亞空域執(zhí)行任務(wù)那樣。 從理論上講，這很誘人，但從 工程角度來看卻令人困惑，甚至自 相矛盾。渦輪發(fā)動機的壓縮系統(tǒng)在 設(shè)計上阻礙氣流，但超燃沖壓發(fā)動 機需要無阻礙氣流才能正常工作。事實上，即使是開發(fā)普通的超 燃沖壓發(fā)動機，其固有的挑戰(zhàn)也是 巨大的，特別是當(dāng)空氣與燃料的混 合物以高于音速的速度進入發(fā)動機 燃燒室燃燒時（庫姆斯將這一挑戰(zhàn) 稱為“燃燒穩(wěn)定”）。 高超音速導(dǎo)彈的飛行速度超過每秒一英里，面對2°F的灼熱溫度，同時在整個飛行過程中進行機動，高超音速導(dǎo)彈測試了可能的極限。 高超音速導(dǎo)彈系統(tǒng)提供更高的速度、最佳性能以及在作戰(zhàn)人員與其面臨的威脅之間盡可能遠的距離內(nèi)作戰(zhàn)的能力。

高超音速導(dǎo)彈系統(tǒng)以超過5馬赫的速度移動，帶來了一系列獨特的工程挑戰(zhàn)。

在大氣中長時間以這些速度運行時，你會遇到各種熱問題，以及機動性和生存能力方面的挑戰(zhàn)。用最簡單的術(shù)語來說，快速移動的武器會變得非常熱，并且熱量會產(chǎn)生強烈的熱引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。 熱專家、結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師、分析師和空氣動力學(xué)家等，解決高超音速導(dǎo)彈系統(tǒng)等多方面問題需要廣泛的專業(yè)知識基礎(chǔ)。 需要采用數(shù)字化方式整合未來產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)、制造和測試的各個方面，對于復(fù)雜系統(tǒng)都需要采用建模仿真的方式進行設(shè)計，才能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。 數(shù)字化工廠提供長期的生產(chǎn)優(yōu)勢，例如優(yōu)化的制造流程設(shè)計和工作空間、最先進的自動化和產(chǎn)品質(zhì)量的整體改進。通過數(shù)字工廠虛擬環(huán)境中對整個制造過程進行建模，以在物理工廠完工之前優(yōu)化地板布局、加工路徑、模具設(shè)計、技術(shù)人員界面。 從戰(zhàn)略角度來看，對手通常會進行防空和太空防御。通過在大氣層中快速移動，超音速可以潛在地躲避這些主要防御，使美軍能夠從遠處有效行動。 “高超音速系統(tǒng)能夠在高層大氣（80，000至200，000英尺）內(nèi)以接近和超過5馬赫的速度進行長時間飛行，并且它們能夠以防御者難以預(yù)測的方式進行機動，這是高空射程在防空系統(tǒng)和彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)之間造成了差距。

審核編輯 ：李倩