六七十年代，美苏都勇于尝试新技术，出现了一系列能飞到三倍音速的飞行器，如SR71A、米格25、黑鸟等，它们中只有黑鸟能以3.2马赫的巡航速度连续飞行一个小时，而最大速度更是达到3.5马赫，之所以如此，全赖黑鸟有一颗强有力的心脏，那就是普惠公司研制的J58涡轮-冲压变循环发动机，它到现在为止仍然是唯一一种投入生产的变循环发动机。如果说航空发动机是工业王冠上的宝石，那么J58发动机就是那颗最璀璨夺目的宝石。

黑鸟侦察机的J58发动机

J58是一种混合式喷气发动机：它在一具冲压喷气发动机内部，又加上了一具涡轮喷气发动机，大发动机套小发动机，就像鹰击12在其冲压发动机燃烧室内塞入一台固体火箭发动机一样，但与导弹发动机不同的是，J58发动机能够做到反复重启，经久耐用，结构和工况也复杂得多。

既然J58是涡喷-冲压组合式发动机，那么有必要先分别了解一下这两种发动机。

涡喷发动机的工作原理很简单，就是先把空气吸入压气机并对其加压，形成高压空气，高压空气再进入燃烧室燃烧，形成的高温燃气先通过推动涡轮旋转带动同轴的压气机，再喷出去形成推力。

冲压发动机则更简单，它把压气机和涡轮都省掉了，仅仅由进气道（又称扩压器）、燃烧室、推进喷管三部组成。当黑鸟超音速飞行时，其进气锥会形成多级斜激波，空气被激波剧烈压缩，根本不需要压气机就可以形成很大的空气压比。因为没有压气机的存在，所以燃烧后形成的燃气，也就不需要驱动涡轮了，而是直接从尾喷口喷出，这大幅降低了能量损失，提高了效率。又因为冲压发动机没有涡轮这一活动部件，也就不需要考虑它的温度耐受力，可以充分发挥加力燃烧室的耐高温性能，可以温度提高到2000-2200℃甚至更高，这使得冲压发动机的推力远远超过涡轮喷气发动机。理论上，进气速度为3倍音速时，可使空气压力提高37倍，此时，冲压发动机在地面产生的静推力可以超过200千牛。因此，J58发动机达到了145千牛的最大推力。

结构超级简单的冲压发动机

但冲压发动机虽然推力很大，但它工作的前提是激波的形成，也就是飞行器先要超音速才行，所以要想用冲压发动机做动力，就必须要有额外的动力来完成加速。因此，J58这种划时代的涡喷-冲压发动机应运而生，它的外围有6根粗大的管子，管子的一端连接在发动机第四级压气机的位置，另外一端连接在加力燃烧室的住置。这6根管子叫做旁路管道，旁路通道使得J58发动机可以在涡喷和冲压两种工作模式之间转换，所以又叫变循环管道。

J58发动机醒目的旁路管道

当黑鸟侦察机的飞行速度低于音速时，变循环管道是关闭的，整台发动机就像普通带加力燃烧室的涡喷发动机那样工作。

当黑鸟超音速飞行时，变循环管道会根据飞行速度将核心气流从涡轮压气机中部抽出，直接注入加力燃烧室。

当速度达到约2马赫时，六根旁通导管就将大部分进气直接引至加力燃烧室，使发动机以冲压模式工作。

当“黑鸟”处于3.2马赫的巡航速度时，涡喷发动机的压气机处于怠速状态，只能提供20％的推力。其余80％的推力由旁通管道和加力燃烧室组成的冲压发动机产生。

也就是说，在亚音速和跨音速状态下，J58发动机是一台标准的加力式涡喷发动机，当速度达到3.2马赫左右时，它就变成了一台冲压发动机。绝大部分气流都是经由变循环管道直接被注入加力燃烧室而不再进入涡喷发动机的燃烧室，这极大幅提高了燃油效率。

J58发动机工作循环示意图

除了变循环管道以外，J58的进气流量调节系统也非常复杂，具有可变几何形状进气口，内有可前后调整的激波锥，用于形成不同位置的斜激波，对超音速进气进行减速压缩，防止压气机直接吸入超音速气流。但在冲压状态下，J58对进气质量仍然很敏感，这使得黑鸟只能维持平飞或进行很小的机动，哪怕轰炸机的俯冲动作都会导致发动机进气不良。这注定了黑鸟虽然拥有一骑绝尘的速度优势，却只能成为侦察机。

那么就有了这样一个疑问，中国现在是否有设计制造涡喷-冲压发动机的能力呢？很遗憾，答案是否定的，虽然我国的航发技术水平近几十年有了很大提高，但要说到研制J58这样复杂的变循环发动机仍然难度很大，航发之路依然艰辛而漫长。

J58发动机可前后移动的进气锥