爆震发动机

$航发动力(SH600893)$  

日前在西北某飞行试验场，一架装备了一种几乎没有任何运动部件发动机的无人机在尖啸声中快速拉起，消失在天空中，过了好一阵子这架飞机再次在天际线上出现，在操作人员的控制下，稳稳的降落在跑道上，试验圆满成功，据公开报道称，这架无人机使用了一种新体制发动机！

FB-1爆震发动机装机测试：无人机一飞冲天！

地点：西北某飞行试验场；

机型：形似SU-34的小型无人机；

对机型我们不必太过纠结，主要来看看这架无人机的规模，从人体与机型的比例可以看出，这架无人机的长度大概在5米左右，应该可以算是一架大尺寸的模型飞机，或者说是一架小型的无人机，发动机并没有在机体内部，而是在机腹。

这种发动机看起来非常奇怪，尾喷口上有一个圆锥，这是高速排气发动机常见的设计，一般是尾喷口周围排气，而中间防止出现真空减少紊流，具有增推作用。

公开的视频显示，几位测试人员将无人机推到了跑道上，看起来这架无人机应该不轻，否则也不需要多人推动了。然后发动机启动，尾喷口喷出了火舌，随着尖啸声越来越重，无人机在跑道快速滑跑了几十米后就冲天而起。

据视频中的说明称，这架无人机的发动机是推重比公司自主研制FB-1爆震发动机，而这次测试则是国内首次连续旋转爆震发动机无人飞行器装载滑跑点火试验。这台发动机是推重比公司联合研制的“科学城•重大产研院一号” 喷气动力无人飞行器作为FB-1爆震发动机装载试验平台。

据介绍FB-1爆震发动机属于新型吸气式爆震发动机，使用煤油燃料，具备零速启动、快速点火功，而“科学城•重大产研院一号” 无人飞行器，是推重比公司参与研制的一型喷气式高速多功能飞行平台，可用于军用靶标动力试验以及超音速飞行试验，这表示FB-1爆震发动机很有可能将进行无人机超音速测试。

更让人惊讶的是，据介绍FB-1爆震发动机除了必要的活动部件外，并没有像普通喷气式发动机那样的涡轮压气级，但这种发动机却可以在零高度、零速度下顺利启动并达到超音速甚至高超音速状态，目前推重比公司自主研制吸气式连续旋转爆震发动机在国内商业航空方面处于相当领先的地位。

旋转爆震发动机：没有任何运动部件，究竟是什么原理？

旋转爆震发动机是一种比较特殊的发动机类型，常见的喷气式发动机有多级压气级涡轮，气流经过高速旋转的压气级压缩后送入燃烧室，混入燃料后点燃，再推动高温涡轮（通过传动轴带动多级压气级工作）之后，高速排出尾喷口形成推力。

而旋转爆震发动机却完全不需要这种旋转结构，这种发动机通过一种特殊的狭缝引射的气动模式，将气流和雾化后的燃料引入一个环形燃烧室，形成一个混合燃料雾的区域后点燃、爆炸，这种爆炸在扩散后将临近一个刚形成的混合燃料雾引爆，在环形燃烧室内形成一个周而复始的燃烧过程。

旋转爆震发动机：到底具有哪些优势？

旋转爆震发动机也属于喷气式发动机，也和喷气式发动机一样具有燃烧室和尾喷口，但这两种发动机却大相径庭，因为这两种发动机的原理完全不一样，下文简单来描述下这俩到底在哪里有什么不一样：

喷气式发动机有离心式涡喷和压气级涡喷以及涡扇三种，区别的是压气级模式不一样，前者使用离心涡轮压缩，后者使用压气级多级压缩，涡扇则在压气级前面多了一级风扇，将部分气流通过外涵道旁通到尾喷口增推。

经过多级压气级压缩的气流进入燃烧室前混入燃料，再经过火焰稳定器点燃形成高温膨胀气流，燃烧室的工作压力小于进气压力，火焰燃烧稳定，压力稳定，因为“过压”后会经过高温涡轮做功后从尾喷口排出。

这种发动机的要求是燃烧室的燃烧必须要稳定，否则发动机就会喘振甚至熄火，比如我国著名沙丘驻涡火焰稳定器就是利用了沙丘结构的稳定器背部的涡流驻留形成稳定燃烧，对发动机燃烧室持续稳定燃烧作用巨大。

旋转爆震发动机却完全不是这种模式，这种发动机的燃烧室燃料和空气混合比例是爆炸比，也就是说点燃这团混合雾化的气体时发生的不是燃烧，而是爆炸！这种这种燃烧方式和涡喷以及涡扇的稳定燃烧方式差别大了去：

前者压力是基本恒定的，因为有一个通过尾喷口自泄压过程，而且由于进气压力的存在，燃烧室压力不可能大于进气压力，否则进气无法持续，发动机就熄火了，这也是为了提高发动机推重比，不断提高压气级压缩比以及提高涡轮前温度的原因。

但爆震燃烧的爆炸方式不一样，即使在一个开放空间内，爆炸仍然可以达到极高的气压，这是因为爆震燃烧的爆震波传播远高于音速，一般都可以达到4~5马赫以上，相当于爆炸的激波“包围”了爆炸区域，压力急剧升高，等到激波扩散压力才会降低。

这种压力是等压燃烧无法比拟的，所以爆震燃烧的燃烧室压力很高，但却有一个致命的缺点，爆震燃烧扩散后，如果二次爆震跟不上或者间隔过久，那么综合推力与推重比就上不去，脉冲爆震就存在这个问题，只能用多个燃烧室或者多管共用燃烧室解决，但爆震频率仍嫌不够。

而旋转爆震使用一个环形燃烧室，可以设置多个进气引射区域或者单个引射区域作为爆震燃烧区域，频率可控，形成连续推力比较容易，可以大幅度提高推重比。

旋转爆震发动机的优势比较明显，没有旋转部件，几乎免维护，推重比比较高，速度适应范围很大，从零速度到高超音速都没问题，并且还可以零速度启动，相比较而言，同样没有运动部件的冲压发动机至少需要一个初始速度，最佳范围在2马赫左右，无法零速度启动。

目前推重比引擎公司在今年3月份测试的旋转爆震发动机已经达到了1000N，也就是100KG级，要是按超音速飞行器至少20%的推重比计算，已经可以推动500千克级别的无人机，这个也不算小了，因为目前旋转爆震发动机大型化难度比较高，1000N级别也是一个相当大的进步。

大型化旋转爆震发动机：与涡轮搭配可能会更好

目前“实用化”的旋转爆震发动机都比较小型，还没有大型的旋转爆震发动机出现，其原因也是大型引射结构设计比较困难，另一个则是从理论上来看启动后在自然状态下频率与推力增加比较慢，因为自然状态下进气也不足。

所以一种涡轮增压的旋转爆震发动机出现了，这种结构和涡喷结构是一样的，燃烧室后部有一个高压涡轮组，从排气中获得动力后推动前部的压气级，由于旋转爆震发动机对增压结构要求不高，所以涡轮一般只需要3-4级即可，结构简单，制造容易，并且没有高温要求（高温涡轮仍然有要求）。

这种简单增压的发动机还是属于爆震发动机发动机，但算是爆震和涡轮结合的全新结构，从理论上来看，这种结构要远比稳定燃烧的涡喷涡扇要省油，但缺点也随之而来，由于涡轮增压级数的存在，最高速度肯定会受到比较大影响，笔者估计很难超过4~5马赫。

旋转爆震发动机：何时能装上空天飞机？

目前在高超音速飞行器领域，使用超燃冲压发动机比较多，因为目前这种发动机比较成熟，但前文也说了这种发动机有个致命的缺点，无法零速度启动，只能火箭推动或者使用其他比如涡喷推动后再启动。但也会存在一个推力陷阱，也就是亚燃向超燃转换过程中存在的喘振问题。

目前的解决方式是用TRRE模式，也就是在超燃冲压发动机的燃烧室内设置一台火箭发动机，在过渡时稳定燃烧。不过结构就复杂了。其他的高超音速发动机比如TBCC或者RBCC，或者预冷式等，原理各不相同，但都存在结构复杂的问题。

爆震发动机是最简单的，一种发动机可以适应从零速度到高超音速的过程，并且在高超音速后可以利用激波压缩的方式对进入引射燃烧室的气流增压，效率还比零速度时高出数量级差异，从理论上来看，爆震发动机应该是高速下效率更高。

所以这种发动机的出路还是在高超音速领域，它的特殊结构可以从零速度到高超音速，然后再把进气道密封起来，使用增压泵加压氧气与燃料，形成火箭爆震发动机，同样要比等压燃烧的火箭发动机效率要高，可以大幅度提高火箭发动机的比冲，目前NASA以及日本和欧空局等多个实验室都进行了测试，其中NASA的RDRE（火箭爆震）的推力达到了1000磅级别，这个级别也不算小了。

国内爆震发动机公开发表测试视频的也就推重比引擎公司，这是一家商业化公司，主要用于无人机领域，各位应该也知道，能在商业化领域推广的，国家队应该有技术更好的发动机了，只是到目前为止公开的寥寥无几，清华大学在2021年的测试应该算是最公开的资料了，但也仅仅是各种八股文的描述，连推力级别都没公开。

目前这些新体制发动机已经到了突破前夜了，估计再过几年，涡喷涡扇、变循环这些都不吃香了，直接以新体制发动机结合传统发动机，就像电动机完美超越内燃机一样，两者不在一个级别上，传统类发动机已经摸到了天花板，但新体制发动机才刚刚是起点而已。

可以确定的是我国在新体制发动机领域是相当领先的，另外我国的目标是在2030年前实现腾云子级发射进入近地轨道，其方式是腾云一级以水平起飞的方式、以高超音速状态抵达30千米高空，然后启动子级的火箭发动机进入近地轨道，这种一级的发动机，目前设想可能是云龙动力（协同吸气火箭发动机）或者是TRRE发动机，也可能是爆震发动机甚至斜爆震发动机，对于这种飞行器，各位网友是不是有点点小期待？