2022年8月19日，在短视频平台上出现了一个令人震惊的视频，一个背景板显示为“美联航空”的团队在庄重地揭开了一张覆布，展台上露出了一架有两个垂直尾翼的飞翼模型，斜长的机翼，锯齿形的尾部，妥妥的一个隐形轰炸机的气动外形！
更让人难以平静的是随视频配发的文字：爆震发动机，各项数据全球领先，猜测可能颠覆现有航发的地位！视频下方的关键词还标记了H20，到底是什么情况？
喷气式发动机到底有哪几种类型？爆震发动机，听上去很是高大上的名字，最早可以追溯到V1导弹用的脉冲喷气发动机（不过不过严格的说并不是，脉冲喷气还是等压燃烧与常规喷气式发动机归一类），那么它为何那么久都没走上历史的前台，而到了现在却又将它推上高超音速发动机最前沿领域，甚至把未来很多航天器的动力都寄希望于它！这得来了解下喷气式动力的种类与发展：
喷气式发动机很多：但用于高超音速的却不多
飞机的动力从早期的螺旋桨到现在现在的喷气式，经历了大约半个世纪都不到，从莱特兄弟在1903年12月17日造出第一架现代意义上的飞机开始，到二战时喷气式飞机出现，算满了也就40多年的时间，但到现在的飞机还是喷气式发动机，但它们的内涵却完全不一样了。
德国ME262喷气战机
到目前为止，比较典型的喷气式发动机大概有如下几种：
- 脉冲压式喷气发动机
- 离心式涡轮喷气发动机
- 轴流式涡轮喷气发动机：涡喷
- 涡轮风扇发动机：涡扇
- 冲压式发动机
脉冲喷气发动机原理是最简单的，看图就能明白，最著名的就是装在V1导弹上的发动机，这种被称为嗡嗡弹的的原因就是脉冲喷气发动机工作声音。
V1导弹的结构
离心式涡轮喷气发动机的前端是一个涡轮盘，在高速旋转向将气流离心压缩后通往后方的燃烧室，再混入燃料点燃形成动力，再带动高压涡轮向前级压气机输出动力。
轴流式涡轮喷气发动机前后是贯通的多级压气机，最后在燃烧室内将燃料与经过多级涡轮压缩后的气体混合点燃，再带动高压涡轮向前级压气机输出动力。
轴流式涡喷发动机
涡轮风扇发动机其实和涡喷差不多，只是在涡轮前多了一个大风扇，并且多了一个外涵道，让大量未经压缩的气流通过外涵道直接排出，形成类似螺旋桨一样的动力方式。
涡轮风扇发动机
冲压发动机则是没有涡轮机这些部件，直接通过高速状态的气流通过进气道压缩进入燃烧室点燃，结构简单效率高，几乎是完美动力。
但目前用得最广泛的是涡扇发动机，因为脉冲喷气噪音大，性能不稳定，而离心式涡喷和轴流式油耗太大，目前离心式基本用在模型飞机上比较多。绝大部分的现代喷气式发动机，用的都是涡轮风扇，理由很简单，推力大，还省油！
目前还发展出了变循环发动机，基本上可以理解为涡喷和涡扇的结合，并且可以随意转换的发动机，既有涡喷的高速也有涡扇的省油，基本上将会成为六代机的动力，比如美国计划在2030年装备的NGAD战斗机。
高超音速：哪几种发动机可以用？
这些发动机中，能用在高超音速上的却不多，因为就算是比较适合高速的涡喷，也到2~3倍音速止步了，往上走就是亚燃冲压（2-4倍音速）和超燃冲压发动机（6~10倍音速）的领域，或者就是脉冲爆震发动机的天下。
目前比较成熟的是亚燃冲压，巡航导弹的固体冲压发动机以及部分液体冲压发动机用的都是这个类型，而超燃冲压性能相当不俗，氢燃料的甚至可达10倍音速，即使是碳氢燃料也能达到6~7倍音速，但两者都有一个致命弱点，无法零速度启动，只能用火箭或者涡喷发动机推进到一定的速度后才能启动。
几乎所有的喷气式发动机在燃烧室里的动作都是连续燃烧，稳定燃烧是常规喷气式发动机稳定工作的一个关键，但爆震发动机不一样，在燃烧室内的工作过程是爆轰波，也就是大家俗称的爆炸，而且是一次接着一次不断的爆炸，爆震发动机的名称就来源于此！
爆震燃烧过程有很高的燃烧速度和反应物转换速率，可近似为等容燃烧过程，这种燃烧过程的热循环效率远高于常规等压燃烧的超声速爆震燃烧的发动机。而常规的喷气式发动机燃烧室则是等压燃烧过程，燃烧时候压力增大时就会排气，形成自我调节的恒定压力，压力波传递以音速传递，当然你也可以理解为没达到最高压力时就漏气了，其效率显然受到了影响。
而等容燃烧则不一样，它在一定的空间内混合燃烧，其爆轰波传播速度高于音速，一般的混合气爆轰波可以轻易达到1400米/秒以上，在形成高压后向尾喷口扩散，完成一次排气动作，重新进入下一个循环，这种方式的燃烧过程可以是贫油燃烧，也就是混合气浓度很低，而等压燃烧需要比较高的混合气，因此等容燃烧非常节省燃料。
另一个则是超燃冲压发动机内部的燃烧过程也有些类似于等容燃烧，与爆震发动机一样，都比较适合在高超音速下工作，不过超燃冲压发动机需要由其他发动机将其加速到音速的4倍以上才能启动！
而爆震发动机却不是这样！因为其工作范围非常宽，可以零速度启动、并且单位燃料消耗率低，结构与冲压发动机不一样但同样非常简单，爆震发动机简单到极致的甚至只有一根管子，不过爆震发动机的种类不一样，各项应用前景差异也非常大，目前比较主流的爆震发动机有如下类型：
- 脉冲爆震发动机（PDE）；
- 旋转爆震发动机（RDE）；
- 斜爆震发动机（ODE）；
最简单的爆震发动机就是单管式PDE，这种发动机在短视频平台上很多，就一根长管子，前部是一个进气结构 爆轰燃烧室，后半部分就是一根长管子，工作的时候整根管子都烧红了，场面很是壮观。
这种结构可以用固定式的结构来实现，只是频率不太好控制，比较随性了！当然也可以用部分旋转部件来实现，提高总推力的话还可以用多管并联，形成一个PDE爆轰阵列，就是得协调下多管爆震之间的频率，不要形成共振，一般单管频率能达到60HZ以上就可以认为大致连续了，假如能达到100HZ以上，那基本就是连续了。
除了多管并联以外，还可以和涡喷或者涡轮风扇发动机结合，在外涵道上组成一个PDE环形阵列，提高发动机推重比，PDE对燃料不太敏感，可以用气相燃料，也可以用液相燃料，甚至还可以与火箭发动机结合，形成大气层内PDE，大气层外火箭这种空天飞机的发动机结构。
2008年1月31日，第一架由PDE驱动的载人飞机在莫哈韦航空航天港起飞，其使用的是一台四管PDE发动机，以80HZ的频率运行，产生大约890牛顿的推力，不过这架飞机是先用火箭推力升空，然后在30米高度开启PDE并工作了10秒，尽管还没到实用阶段，但其意义还是比较重大的。
旋转爆震发动机（RDE）
PDE结构需要多次点火，需要高频率起爆，而另一种环形燃烧室结构的旋转爆震结构（RDE避免了这种问题，它的基本概念是形成一个环形通道，燃料和氧化剂通常通过小孔或狭缝注入通道，一次启动后会形成一个或多个爆震波，在燃烧室头部旋转传播，燃烧产物从另一端高速排出产生推力。
它的比脉冲爆震（PDE）要更稳定，其爆轰波同样是超音速扩展，保持了PDE的优点，避免了PDE的缺点，旋转爆震发动机是目前全球多国突破的方向之一。
“2022年1月24日11点30分，清华大学航天航天学院启动与实施实验室新型飞行试验，试飞成功。试验初试能力，在新型动力装置的自主研发与工程实现能力上，领域跻身世界前列。”
其试验的就是旋转爆震发动机，清华航天的官网上有介绍：
实验室建有系统的连续旋转爆震、爆燃转爆震（DDT）过程研究实验台，对连续旋转爆震的稳定工作范围和关键因素有较为深刻的认识，已成功实现稳定连续旋转爆震火箭发动机、涡轮发动机的地面试车。
当然1月24日的已经是装机测试，其取得的成果斐然，这表明我国的旋转爆震发动机也是走到了世界前列。
斜爆震发动机（ODE）
斜爆震ODE的结构大家应该更熟悉，因为它看起来就是一个X-43A的燃烧室剖面，但仔细看又不太像：
上图是X-43A的结构剖面图，与下图的ODE看起来非常相似：
但两者似乎有比较大的差别，斜爆震方式看着结构更简单，但稳定爆震技术难度很大，因为斜激波的起爆和激波、爆震波的驻定（维持在特定位置和角度）都非常依赖于高超音速的条件，在三种典型的爆震发动机结构中，斜爆震难度是最高的：
斜激波爆轰结构示意图
斜激波爆震结构利用一道或者多道斜激波对气流进行压缩，激波后的流动混合作用把燃料和空气混合均匀，在下一道激波产生的高温高压正好点燃，然后在燃烧室的一个极薄锋面上发生爆震，爆轰波超音速传递扩散形成推力，这个要求实在是太高了！
但斜激波爆震理论上可以达到16马赫以上，这比超燃冲压发动机的6~10马赫要高出不少，诱惑力非常大！自提出这个概念以来国际上多个组织曾展开大量研究，但一直很难达到稳定工作，而且其门槛极高，需要高超音速风洞，显然这就是劝退！
2021年的3月份《中国航空学报》上中科院力学所高温气体动力实验室的姜宗林团队发表的论文称在M9风洞里中氢燃料的斜爆震发动机成功进行了测试。论文中有如下描述：
实验是在标称马赫数9的速度下进行的，观察到站在燃烧器中的倾斜爆轰保持稳定状态长达 50 毫秒。可以在燃烧室中清楚地看到存在斜向爆震驻波，氢气在先导激波后面很短的距离内燃烧殆尽，与倾斜冲击波耦合在了一起。
Sodramjet 发动机概念演示模型及其在 JF-12 激波风洞中的安装
直立斜爆轰前沿由过渡区和充分发展爆轰两部分组成，过渡区是从斜激波的起源点到反应锋追上斜激波的位置，试验证实了Sodramjet发动机可以实现，倾斜爆震发动机的概念已经提出了数十年，但首次在风洞中成功演示。
白热的激波层，这是诱燃和起爆的关键
从以上几款典型的爆震发动机可以看出，我国在最先进的旋转爆震以及斜激波爆轰发动机中均处在前列，看来未来的高超音速飞行器上要用爆震发动机了。
脉冲爆震发动机：各国的进展有限
脉冲爆震发动机的优良性能也让多个有实力的国家投入了资金研究，比如NASA就将PDE列入了革命性的下一代发动机研究，DARPA同样对此非常上心。当然这个名单还包括俄罗斯、日本以及法国等多个国家。
但到目前为止，多国已结合实际应用需求开展大量试验研究和样机试制，很多都已经基本完成了原理性试验，进入了演示验证阶段，并取得了阶段性成果，但推力水平仍未达到预期，距离研制基于PDE的经济实用飞行器还需要解决大量技术难题。
其实本不应该讨论这种敏感的话题，但我们简单地推论一下，爆震发动机尽管应用的速度范围很广，但它的优势在高超音速，而在短视频平台上公开的模型并非高超音速系列。
其飞翼形状的展弦比很大，表示它是一种高亚音速或者偶尔超音速飞行的机型，双垂尾有点奇怪，因为这种飞翼不需要高机动以及大迎角状态下安定，这俩垂尾没啥意义，非高机动的飞行中通过飞控同样可以控制垂直安定性。
因此笔者认为这个视频中公开的爆震发动机与H20根本就没有关系，甚至与模型图也没有关系，下次如果大家看到小展弦比，头部尖尖的火灾扁扁的乘波体，那么高超音速的机型来了，也许可以放开畅想一下。
爆震发动机的视频：究竟是什么意思?
在这个视频的留言区中，很多朋友都留言十分好奇H20的外形以及使用的发动机类型，视频发布方也在留言区中把回复置顶了：
兄弟们不要对名字太过敏感
纯的很，当然这家公司是普通航空相关的，不会掌握h20核心技术的，不存在泄密问题，大家能看到的也是能给你们看的，就是告诉大家长这样，尾翼是可变的
据笔者了解，国内确实有几家商业化的PDE公司，比如下面的新闻：
2022年7月30日，推重比引擎公司H1-M连续旋转爆震发动机成功完成百米轨道滑跑试验，最大滑跑距离100米，经试验数据判断H1-M发动机台架试验、滑跑试验均达到试验考核目标，试验任务取得圆满成功。
H1-M发动机设计推力100N，调节范围为40%~150%，发动机累计工作次数超过30次、累计工作时间约300s，试验考核均已达标，本次滑跑试验进一步验证了推重比引擎公司H1-M发动机推力稳定性，为爆震发动机产品开发积累了工程应用数据，为爆震发动机飞行试验奠定重要基础。
这种发动机目前而言，只能做个航模或者无人机的发动机还是可以的，这种发动机结构简单成本低，比同等推力的其他类型发动机成本低一半以上，还是非常有商业应用价值的。
所以就这个视频而言，应该就是美联航空的一次话题炒作！（完）
参考：
https://www.douyin.com/user/MS4wLjABAAAArVYbDV6wIPQ3v1XT8zh6f3suBh5VSUX5Qr2_TgLyIJg?modal_id=7133416592800484642
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1000936120305227?via=ihub
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