飛彈研發重中之重──推進系統

飛彈的推進系統直接地決定了它的飛行特性。常見的推進系統有渦輪引擎、衝壓引擎和火箭引擎（以下皆指固體燃料火箭）等，那它們各自都有哪些特色呢？

這三者最根本的不同就是，渦輪引擎和衝壓引擎都屬於吸氣式（air breathing）引擎，它們藉由從外部吸入空氣，並將其壓縮以提高氧氣濃度後，和自身所攜帶的燃料混合，接著進行燃燒；而火箭引擎則是燃料和氧化劑都自行攜帶，故不需要吸收外部的氧氣，因此其燃燒效能不受飛行速度、高度影響。

渦輪引擎會藉由壓縮器來壓縮空氣，衝壓引擎則是藉由較高的飛行速度，讓進氣道直接壓縮空氣，接著燃燒室就可以進行燃燒，後方也不需要有渦輪的構造（因此就不用考慮渦輪的耐熱問題，和開後燃器極大化推力的戰機引擎有點類似），而是由噴嘴直接將氣流噴出。相較於渦輪引擎，衝壓引擎的內部構造不需要有轉動件（燃油幫浦除外）。

這就導致了一個重要的特徵：渦輪引擎和衝壓引擎的推進效率都和飛行速度有關，火箭引擎則否。渦輪引擎適合次音速或2馬赫以下的飛行，而且它有最高的推進效率，因此很多追求長射程，同時目標比較不具時間緊迫性的次音速飛彈都採用渦輪引擎，如雄二飛彈、萬劍彈。

採用渦輪引擎的萬劍彈。（作者提供）

衝壓引擎必須要有較快的飛行速度才能用進氣道壓縮空氣，因此它較有效率的飛行速度在2.5馬赫以上，但不超過6馬赫（3~5馬赫較佳）。在外型設計上，由於它一定是超音速飛行，所以它的進氣口設計就必須考量震波的生成型態（這和氣流全壓的損失量有關，也就是說會影響進氣的效率）和能吸入的氣流量，這點就和戰機的進氣口設計有些類似；不同的進氣口形狀、數量、在彈體外部的排列方式，還會影響到整個飛彈的阻力。

由於衝壓引擎必須要在較高的飛行速度下才能開始工作，所以通常陸射或艦射的衝壓引擎飛彈，都會加裝火箭助推器，或採取整合式的設計（Integral Rocket Ramjet），當彈體內裝填火箭推進劑的部分燃燒完之後，其所空出來的空間就直接當成是衝壓引擎的燃燒室，如雄三飛彈。這種整合式設計帶來的好處包括較低的巡航阻力，較小的體積、重量和彈體直徑；飛彈的尺寸大小，比如彈體直徑與長度，是會影響到發射載台的可適應性的。

火箭引擎屬於非吸氣式引擎，因此它的飛行速度和高度較無拘束，且高度和速度就算在短時間內大幅變化，也對飛彈本身的推力輸出較無影響，可以用來打擊高空，甚至接近外太空的目標，適合用於空對空飛彈或防空飛彈，如天劍一、天劍二、天弓三。此外，由於火箭發動機噴嘴噴氣速度較高、噴氣速度不受飛行速度影響，以及有較高的燃料質量流率，它的加速度性能是最好的，雷霆2000多管火箭就是一例。

然而，相較於渦輪引擎和衝壓引擎的氧氣是由外界大氣取得，火箭引擎除了要攜帶燃料外，還要自行攜帶氧化劑（實際上兩者是預先混合好的，統稱為推進劑，propellant）；也就是說，在達到同樣推力的情況下，火箭需要消耗較多的推進劑。如果我們用比衝（specific impulse，每單位重量推進劑所帶來的衝量，或”推力/(推進劑質量流率*G值）”）來衡量飛彈的推進效率的話，那火箭的效率是較低的，不如吸氣式的渦輪引擎或衝壓引擎。這方面一個很明顯的例子就是，艦射型飛魚飛彈MM40 Block 2和Block 3，前者使用火箭引擎，後者改用渦輪引擎，在尺寸與重量差異不大的情況下，後者射程幾乎變成三倍。

對火箭引擎飛彈來說，它「推進劑重量/發射全重」的比值，會影響推進劑全部燃燒完畢後的飛彈最終速度，因此這也是個重要指標。

不同種類引擎在不同馬赫樹下的比衝。（作者製表）

從推進劑的角度來看，不同的填充方式（推進劑不一定是實心裝填、從尾部開始燃燒，可能是中間呈空心的環狀裝填，中空部分也未必是圓形，可以是星型中空或其他形狀），和不同填充方式的組合，都可以讓燃燒過程中，推進劑的燃燒表面積漸增、漸減或維持恆定，進而調控推力隨時間的變化情形。

推進劑的燃燒表面積還會影響到燃燒室的壓力，而燃燒室的壓力、「噴嘴面積／噴嘴前方最窄處的咽喉面積」和飛行高度，三者都會影響到比衝。

採用火箭引擎的陸劍二型和海劍二型飛彈。（作者提供）

推進系統是飛彈的基礎。有了推進系統後（能飛到那個高度、速度、射程），接下來就是靠飛彈的導引、導航與控制組件，去導引飛彈「撞」上目標。飛彈不像戰鬥機，一下要高空高速攔截，一下要靈活纏鬥（包含轉彎、俯衝、爬升等），它只要「撞」到目標就基本上結束了，由此可知，飛彈的推進系統，可說是整個飛彈研發的重中之重。

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※作者畢業於成功大學航空太空工程學系，著有《戰鬥機設計與運作原理》。