新概念脉冲爆震发动机（我国新型发动机飞行试验成功）
新概念脉冲爆震发动机（我国新型发动机飞行试验成功）这里面的关键词是“自增压”，传统意义上的超燃冲压发动机在燃烧室内是等压燃烧，并没有自增压功能。既然提到了自增压，显然这并不是一般的超燃冲压发动机，而是另一个近10年才活跃起来的新锐发动机技术。“早在上世纪50至60年代，国际上便提出了将自增压燃烧技术应用于动力系统的理念，但直至2011年前后，随着相关研究结果发表数量的增加，才逐渐引发国内外学术界和工业界的高度关注”。试验过程动画演示俗话说“字越少，事越大”。一次飞行试验能获得这样的评价，足见这件事情不一般。只是这个“新型发动机”的名称太宽泛，让人一时搞不清楚是哪种发动机。从对发动机点火过程的描述来看，这似乎是类似于美国X-51A高超音速飞行器使用的超燃冲压发动机，即以冲压方式进气，燃料在超音速气流中燃烧产生推力。但仔细琢磨，却又像是更加高级。为了弄个究竟，人马君又查阅了清华大学公众号发布的消息，发现了更多的猛料：该公众号消息中将这次飞行演
1月24日，环球网等多家权威媒体发布了一条振奋人心的消息：由清华大学航天航空学院喷雾燃烧与推进实验室研制的新型发动机，成功完成了飞行演示验证实验。
新型冲压发动机完成飞行演示验证
这型发动机由王兵教授团队研发，在试验中，先由“清航·大兴号”两级火箭助推，一级火箭分离后，二级火箭将任务段发动机送到预定高度和速度。随后发动机进气道实现高效吸气，供油系统将航空煤油雾化喷入燃烧室，点火系统顺利启动！
在点火后，发动机稳定工作，获得了持续的推力，试验到得了圆满成功。借用权威媒体的话：“试验表明，我国已经掌握该新型发动机的自主研发与工程实现能力，在新型空天动力领域跻身世界前列”。（注意是空天动力！）
试验过程动画演示
俗话说“字越少，事越大”。一次飞行试验能获得这样的评价，足见这件事情不一般。只是这个“新型发动机”的名称太宽泛，让人一时搞不清楚是哪种发动机。从对发动机点火过程的描述来看，这似乎是类似于美国X-51A高超音速飞行器使用的超燃冲压发动机，即以冲压方式进气，燃料在超音速气流中燃烧产生推力。但仔细琢磨，却又像是更加高级。
为了弄个究竟，人马君又查阅了清华大学公众号发布的消息，发现了更多的猛料：该公众号消息中将这次飞行演示试验称为零的突破，并且有这么一段话：
“早在上世纪50至60年代，国际上便提出了将自增压燃烧技术应用于动力系统的理念，但直至2011年前后，随着相关研究结果发表数量的增加，才逐渐引发国内外学术界和工业界的高度关注”。
这里面的关键词是“自增压”，传统意义上的超燃冲压发动机在燃烧室内是等压燃烧，并没有自增压功能。既然提到了自增压，显然这并不是一般的超燃冲压发动机，而是另一个近10年才活跃起来的新锐发动机技术。
超燃冲压发动机原理
于是人马君换了个思路，对该项目的负责人王兵教授产生了兴趣。在清华公众号报道中有提到：
“王兵带领的喷雾燃烧与推进实验室团队，在多年研究火箭发动机燃烧不稳定性的基础上，敏锐地把握空天科技的领域前沿，在国内几乎空白、国际上方兴未艾的情况下，从零起步，构建新型热力学循环方式，自主研制新型冲压发动机。”
这一段里特别指出了火箭发动机的燃烧不稳定性。燃烧不稳定又能自增压，那不就是爆轰或者爆震吗？于是人马君查询了一下王兵教授发表的文章，其中赫然有多篇学术论文是关于“爆震冲压发动机”的。看来这次的主角，很可能就是高超音速皇冠上的明珠：爆震冲压发动机。
王兵教授团队
所谓爆震或爆轰，是一种不稳定的燃烧状态。当燃料和氧化剂混合点燃时，并不总是处于稳定的燃烧状态，在一定的条件下会产生爆燃，进而出现爆震，短时间内释放大量能量。在以往的航空发动机设计中，爆震是被极力避免的，会破坏发动机的正常工作。
然而当人类进入高超音速领域后，却发现了爆震燃烧的巨大的好处：它的热效率非常高，可以让高超音速飞行器飞得更快，或消耗的燃料更少。利用爆震发动机与火箭相结合，能够让空天飞机自由往返太空，掀起一场空天动力的革命。于是，近年来国际上对爆震发动机的研究越来越多，并提出多种爆震发动机的构型。
第一种也是最出名的是脉冲爆震发动机，即PDE。这种发动机的燃烧不是连续的，而是以一定的频率来产生爆震，实现了“脉冲”运行，相当于在燃烧室内进行一连串的爆炸。脉冲爆震发动机的结构相对简单，研究得比较早，也有着较多的成果。
俄罗斯测试脉冲爆震发动机
但它的缺点也很明显：在每个仅有十几毫秒量级的爆震周期内，要完成燃料喷注、混合、着火、排气等一系列过程，还要完成从点火到爆燃再到爆震的演变，对燃料喷注和点火系统的要求非常高，限制了它的进一步发展。
后来人们又提出了连续旋转爆震发动机（RDE），与前面讲的PDE不同，连续旋转爆震发动机虽然也利用了爆震，但却不是一连串的爆震脉冲，而是形成了连续旋转的爆震波，说白了就是点火后只爆一次，却是一直在爆，并不停止 。
RDE的燃烧室通常是环形的，推进剂沿轴向喷入，在燃烧室头部前端形成爆震波，维持一个或多个波头沿周向旋转传播，波后产生的高温高压燃气迅速膨胀，从开口端高速喷出，从而产生推力。
连续旋转爆震发动机原理
RDE热效率高，燃烧室结构简单，适用飞行范围宽，既能应用于亚音速，也可用于超音速，可以直接拿来改造现有的涡轮发动机燃烧室，提高发动机性能，也能基于它研制新的高超音速发动机。由于它的诸多优点，成为国际上炙手可热的研究对象。清华大学航院正是国内研究RDE水平较高的机构之一。
除了连续旋转爆震，还有一种爆震发动机技术，称为驻定爆震（ODE）。这种爆震也是连续的，但爆震波却不旋转，而是类似驻波一样形状不变。实现驻定爆震最常见的方法，就是前一段时间曾引起热议的“斜爆震发动机”。
斜爆震发动机
斜爆震发动机里有一个斜面，可以是楔形，也可以是锥形（即旋转的斜面）。燃料在燃烧室前方就被喷入，形成的可燃混合气体以极高的速度冲击这个斜面，形成反应面和斜激波耦合的爆震波。
斜爆震发动机能够达到极高的飞行速度，可达16马赫或更高。我国在这方面也有研究：《中国航空学报》2020年11月28日曾刊登中科院力学所的报告，显示我国正在测试一款“站立式斜爆轰冲压发动机”，从照片来看，就是一种利用楔形斜面实现爆震的发动机技术。
站立式斜爆轰冲压发动机试验
不过从清华大学发布的本次试验的动画来看，新型发动机的进气道在顶部，呈现锥形，燃料喷入环形燃烧室内燃烧，由后方的喷管从侧面向斜后方喷出，并没有呈现出“可燃气体在燃烧室前混合，并冲击斜面”的情景。因此，这款发动机不太可能是斜爆震发动机，大概率是一种RDE，即连续旋转爆震发动机。
注意最前端的进气道和后段侧面的喷口
再看一遍动画就明白了
而这次实验，很可能是我国首次成功进行连续旋转爆震发动机的飞行试验，在原理上比美国X51的超燃冲压更牛，具有十分重大的意义。虽然只是实现了成功点火、稳定工作和产生推力，只能说是一次演示验证。但却做到了是骡子是马拉出来溜溜，是一次货真价实的飞行试验，相比地面风洞试验是一个巨大的飞跃。
新型发动机的飞行演示验证实验，说明我国在爆震发动机领域又达到了一个里程碑。在美国X-51A的超燃冲压发动机屡次飞行测试失败的情况下，这种成功更是来得弥足珍贵。希望我国科研人员再接再厉，在高超音速发动机领域继续给我们惊喜！
