央視終於霍霍到斜爆震發動機了，就躲在珠海航展的發動機展廳一個毫不起眼的角落，只有一塊介紹的牌牌、還有一臺飛發一體化的模型，卻被很多朋友都忽略掉了，然而各位不知道的是，這種發動機是未來14~17馬赫極高超音速飛行器的理想動力！

爆震發動機：一種能零速度啟動的高超音速發動機

說起高超音速發動機，大家馬上就會想到超燃衝壓發動機，這種發動機忒厲害了，使用碳氫類（航空煤油類）燃料的超燃衝壓發動機極速可達5~7馬赫（音速倍數，1馬赫為1倍音速），如果使用氫燃料則能達到10馬赫以上。

10馬赫就是音速的10倍，大約為3千米/秒，要是飛行器能達到這個速度，那麼繞地球一週也就4小時不到，目前進展相當不錯，已經臨近實用程度。不過這種優秀的發動機卻有一個致命的弱點，它需要其他發動機將它帶到4~5倍音速後才能啟動！

組合衝壓發動機：結構有點複雜

衝壓發動機有兩類，亞燃衝壓和超燃衝壓，不過無論是哪種都需要其他動力將其加速到一定速度，比如亞燃衝壓必須提高到0。5倍音速以上，當然最好能超過音速；而超燃衝壓則必須提高到4~5倍音速才能啟動。

在導彈類武器中一般都是使用火箭加速的，這個方法很直接，但要是用在大型戰鬥機或者空天飛機上，火箭加速似乎有些不符合經濟性，因為一次性的火箭成本很高，一般會用渦噴發動機加速，然後啟動超燃衝壓發發動機。

這種組合發動機就是TBCC，也就是渦輪基迴圈組合迴圈發發動機，其中渦噴+雙模衝壓發動機（亞燃超燃一體）就是其中一種，但這種發動機屬於兩種發動機的組合，因此增加了結構複雜度，實現難度增加，不過非常有前景，也相當有希望成為高超音速飛行器的動力。

爆震發動機：可以零速度啟動的高超音速發動機

超燃衝壓發動機非常優秀卻需要高速才能啟動，然而爆震發動機卻能以零速度啟動，並且還能高超音速飛行，原因是這種發動機的結構與常見的噴氣式發動機完全不一樣，它是利用燃料與空氣混合爆炸燃燒的方式，形成一個自

吸氣、噴油、點火、爆燃、排氣

的過程，燃燒傳播速度可達1400米/秒、最高溫度可達2800℃、100個大氣壓以上，這個比常規的渦輪發動機高很多。

這種爆震燃燒可以看成是一個

定壓燃燒。由於定壓燃燒的熱迴圈效率大大高於定容燃燒（噴氣式發動機屬於定容燃燒），可達49%左右，而定容燃燒效率僅為27%，爆震發動機相比渦扇發動機熱效率更高。

並且這種發動機結構簡單到極致，幾乎不需要任何活動部件，可維護性極高，是不是有點神奇？就目前主流的爆震發動機而言，大致可以分為如下幾類：

1、脈衝爆震；

2、旋轉爆震；

3、傾斜爆震；

三種發動機都極為簡單，不過由於其結構差異，三者效能上還是有非常大的差異，脈衝爆震發動機也就是PDE，它的主要結構是單管爆震燃燒室，這個燃燒室的結構比較特殊，進氣口是一道狹縫的引射結構。

在空氣與燃料混合後點燃發生爆炸式燃燒，這些爆炸的衝擊波會向四周擴散並經過引射進氣口，

爆震燃燒室排出的高溫燃氣的引射作用下，更多的空氣被吸入引射器，再次混入燃料，點火器點燃爆炸，完成一個迴圈。

這是單管PDE的工作過程，但推力以及推重比與頻率有關，單管頻率難以提高，目前一般的辦法就是做成多管PDE或者共噴管的多管PDE，也有將多管PDE和渦輪發動機結合變成PDTE的渦輪爆震混合發動機。

PDE或者混合PDTE從理論與工程角度都有很強的可實現性，並且NASA和GE以及西工大等在這方面都有深入研究，

型別發動機的技術可行性和效能優越性非常強，但缺點也是明顯的，一次爆震得點火一次，就像汽油發動機是的火花塞一樣，這個……。還是有點麻煩，另外極速也有些限制，一般不會超過5~6馬赫。

PDTE

旋轉爆震發動機：幾乎是種完美的動力

PDE的效能其實已經相當優秀，但最大的問題是PDE的爆震頻率有限，即使是多管PDE，其頻率也在數百赫茲左右，再往上就很難了！然而一種環形燃燒室的旋轉爆震RDE出現了，這種原理過程與PDE很相似，但它卻是一個環形燃燒室。

與PDE不同的是RDE旋轉爆震的環形燃燒室只需點火一次，在最初爆震的中途就會“引燃”“隔壁”的混合燃氣，沿著環形燃燒室快速蔓延，形成周而復始的爆震過程，這種環形燃燒室的結構如下：

紅圈處的結構和PDE是類似的，同樣是一個引射結構的吸氣腔室，可以根據燃油注入的順序分成單噴口爆震或者多噴口爆震區域，爆震頻率則以穩定為基準，幾百赫茲是入門水平，據說幾千赫茲只是一般水平，幾萬赫茲都是可以的，這個推重比和推力以及高速效能要比PDE好得多。

近幾年來多個研究機構提出了以RDE替換現有衝壓發動機和渦輪發動機燃燒室的吸氣式旋轉爆震發動機（Air-breathingRotating Detonation Engine）的方案，簡稱ARDE。由於旋轉爆震發動機效能非常優秀，這方面的研究中俄羅斯、波蘭以及法國和日本與美國空軍實驗室、普惠公司、海軍研究實驗室等都投入大量資金，而中國在旋轉爆震這方面研究幾乎與世界同步，並且略有領先。

清華空天的旋轉爆震發動機測試

斜爆震發動機：14~17馬赫飛行器的理想動力

除了脈衝爆震PDE和旋轉爆震RDE以外，還有一種斜爆震ODE發動機，它的結構原理有些怪異，看起來有點像超燃衝壓發動機，但卻完全不同於超燃衝壓發動機的一種結構：

飛發一體化的斜爆震發動機示意圖，從上圖來看似乎和各位熟悉的超燃衝壓發動機沒啥差別，比如和下圖這樣的：

但斜爆震的模式和超燃衝壓是不一樣的，斜激波爆震也稱駐定爆震發動機，這是一類使爆震波“停”下來的發動機，按照爆震波型別可分為脈衝正爆震發動機（Pulse Normal Detonation Engine，簡稱PNDE）和斜爆震發動機（Oblique Detonation Engine，簡稱ODE）。

前者透過改變來流條件（主要是速度）實現爆震波在燃燒室內的駐定，但速度過高時正爆震波無法穩定工作，透過引入斜激波進氣道或者中心錐體以形成斜爆震波並穩定下來，這就是斜爆震發動機（ODE）的概念。

燃料在飛行器下方噴入氣流，經過機體表面結構與後部進氣道壓縮排入斜激波誘導的爆震燃，能明顯縮短燃燒室長度，減輕發動機重量，並且以CJ斜爆震燃燒模式組織燃燒時熵增和總壓損失都較小。ODE的效能非常優越，特別是馬赫數大於8時的效能非常優秀。

超燃衝壓發動機使用航空煤油時極速在7馬赫左右，脈衝爆震發動機也在5~6馬赫左右，氫燃料超燃衝壓可以達到10~14馬赫，旋轉爆震也差不多，但斜爆震發動機可以達到14~17馬赫以上，這個大氣層內的極速效能除了火箭發動機以外沒有任何發動機與之相比，未來的極高超音速飛行器的發動機非斜爆震發動機莫屬！

不過斜激波爆震發動機也不是沒有缺點，這種爆震發動機和超燃衝壓發動機一樣無法在零速度下啟動，並且斜激波發動機的啟動速度比超燃衝壓發動機還要高一些，測試速度要求達到了6~7馬赫以上，使得全球能測試斜爆震發動機氣動結構的機構寥寥無幾。

2021年2月份，中科院力學所高溫氣體動力實驗室的姜宗林團隊在《航空學報》上發表文章，宣佈已經在M9風洞裡進行氫燃料的斜爆震發動機的成功測試，實驗是在標稱馬赫數 9 下進行的，觀察到在燃燒器中的傾斜爆轟保持穩定狀態長達50毫秒，燃燒室中檢測到了斜向爆震駐波，氫氣在先導激波後面很短的距離內燃燒殆盡。

Sodramjet 發動機模型（左）和相應的數值模擬中的氫濃度（右）在燃燒室中站立傾斜爆轟的實驗照片

這是全球首次取得斜激波爆震燃燒狀態，將為未來斜激波爆震發動機研究奠定了基礎，姜宗林團隊的成果也離不開我國高超音速風洞技術，當前世界最高水平的高超音速風洞在中國，中國M16級的風洞也將建設成功，預計將繼續推動高超音速發動機的研究。

斜爆震還可以和衝壓發動機結合構成超音速脈衝爆震衝壓發動機，也可以結合爆震燃燒研發新的超燃衝壓發動機，使得超燃衝壓發動機走出一條新的穩定燃燒的路子，也將使斜爆震原理應用更為切入實際領域。

延伸閱讀：PDE和RDE的火箭模式

PDE（脈衝爆震）的速度不太夠，RDE（旋轉爆震）速度夠快，但也有些不足，不過兩者還有一個火箭模式，比如將進氣道封閉，在燃燒室內加入一個氧化劑注入通道，讓其工作在自帶氧化劑的爆震模式，儘管它的燃燒依然是爆震的等容燃燒，但它已經成為一臺自帶氧化劑的“爆震火箭”。上文有述，爆震燃燒的空燃比很低，效率很高，是等壓燃燒的2倍以上，因此它的比衝也將遠高於火箭，而且還是一種相當優秀的火箭。

假設一架空天飛機裝備了一臺旋轉爆震發動機，起飛發動機將空天飛機推至在6~10倍音速、30~40千米高空，這個高度空氣稀薄，氧氣無法再維持爆震發動機燃燒，此時將關閉進氣口，在燃燒室內注入氧氣繼續維持爆震燃燒，此時就變成了“旋轉爆震火”箭，繼續推進空天飛機飛向近地軌道。

一臺發動機搞定全程，而且結構還非常簡單，這是空天飛機的理想動力！但要是在大氣層中達到極高超音速的17馬赫以上的狀態，那麼非斜爆震發動機莫屬，除了這種動力外，沒有一種動力可以達到如此程度，這個速度大約是每秒5千米，飛行器已經基本處在黑障狀態下，然而我國還搞定了在這種極高超音速狀態下的的通訊技術，前途一片光明！

TAG: 爆震發動機衝壓超燃PDE