Воздушно-реактивный двигатель (ВРД), реактивный двигатель, в котором для сжигания горючего используется кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. ВРД приводит в движение летательные аппараты (самолёты, вертолёты, самолёты-снаряды). Сила тяги в ВРД возникает в результате истечения рабочих газов из реактивного сопла. Для получения большой скорости истечения газов из сопла воздух, поступающий в камеру сгорания ВРД, подвергается сжатию. В зависимости от способа сжатия воздуха ВРД делятся на турбокомпрессорные (ТРД), пульсирующие (ПуВРД) и прямоточные (ПВРД).

В прямоточном ВРД (ПВРД) во входном диффузоре (рис. 1) воздух сжимается за счёт кинетической энергии набегающего потока воздуха. Процесс работы непрерывен, поэтому стартовая тяга у ПВРД отсутствует. При скоростях полёта ниже половины скорости звука (ниже 500 км/ч) повышение давления воздуха в диффузоре незначительно, поэтому получаемая сила тяги мала. В связи с этим при скоростях полёта, соответствующих М < 0,5 (где М — число Маха, см. М-число), ПВРД не применяется; при М = 3 (скорость полёта около 3000 км/ч) давление в камере сгорания повышается примерно в 25 раз. ПВРД могут работать как на химическом (керосин, бензин и др.), так и на атомном горючем. При установке ПВРД на самолётах с меняющейся скоростью полёта, например на истребителях-перехватчиках, входное устройство должно иметь регулируемые размеры и изменяемую форму для наилучшего использования скоростного напора набегающего потока воздуха. Реактивное сопло также должно иметь регулируемые размеры и форму. Взлёт самолёта-перехватчика с ПВРД производится при помощи ракетных двигателей (на жидком или твёрдом топливе) и только после достижения скорости полёта, при которой воздух в диффузоре имеет достаточно высокое давление, начинает работу ПВРД.

Основные преимущества ПВРД: способность работать на значительно больших скоростях и высотах полёта, чем ТРД; большая экономичность по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), так как в ПВРД используется кислород воздуха, а в ЖРД кислород вводится в виде одного из компонентов топлива, транспортируемого вместе с двигателем; отсутствие движущихся частей и простота конструкции. Главные недостатки ПВРД: отсутствие статической (стартовой) тяги, что требует принудительного старта; малая экономичность при дозвуковых скоростях полёта. Применение ПВРД наиболее эффективно для полёта с большими сверхзвуковыми скоростями. ПВРД со сверхзвуковой скоростью сгорания топлива (в камере сгорания) называется гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД). Его применение целесообразно на летательных аппаратах при скоростях полёта, соответствующих М = 5—6. Области применения различных типов двигателей показаны на рис. 2.

ПВРД неработоспособен при низких скоростях полёта, тем более — при нулевой скорости. Для достижения начальной скорости, при которой он становится эффективным, аппарат с этим двигателем нуждается во вспомогательном приводе, который может быть обеспечен, например, твёрдотопливным ракетным ускорителем, или самолётом-носителем, с которого запускается аппарат с ПВРД. Неэффективность ПВРД на малых скоростях полёта делает его практически неприемлемым для использования на пилотируемых самолётах, но для беспилотных, боевых, крылатых ракет одноразового применения, летающих в диапазоне скоростей 2 < M < 5, благодаря своей простоте, дешевизне и надёжности, он предпочтителен. Основным конкурентом ПВРД в этой нише является ракетный двигатель.

На ниже приведенных рисунках приведены примеры крылатых ракет с ПВРД:

На рисунке 1 изображен беспилотный самолет X-43A. Аппарат, оснащен прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ПВРД),способен развивать скорость, в семь раз превышающую скорость звука (7700 км/час).Следует заметить, что в прямоточном воздушно-реактивных двигателях в качестве основного рабочего тела в термодинамическом цикле используется атмосферный воздух. Принцип работы такой силовой установки основан на сжигании водородного топлива в воздушном потоке, сжимающемся за счет высокой скорости аппарата (а не за счет лопастей турбин, применяющихся в обычных реактивных двигателях). Предполагается, что в будущем такие двигатели позволят существенно сократить время и стоимость перелетов, кроме того, воздушно-реактивные установки планируется применять в новом поколении космических кораблей.

Однако, прямоточные реактивные двигатели могут работать только лишь в том случае, если скорость самолета на момент запуска двигателя уже в несколько раз превышает скорость звука, поэтому исследователям NASA пришлось вначале разогнать X-43A при помощи ракеты, выпущенной из-под крыла бомбардировщика B-52, после чего стал возможен запуск собственной силовой установки самолета, которая, кстати, проработала всего десять секунд. Тем не менее, этого оказалось вполне достаточно, чтобы побить мировой рекорд скорости для реактивных самолетов.
Важно отметить, что полет аппарата X-43A стал первым успешным испытанием сверхзвукового неракетного самолета с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Предыдущая попытка запуска X-43A, предпринятая около трех лет назад, окончилась гибелью аппарата из-за технических неисправностей.