央视公布空天新动力！美变循环发动机：或已被中国新体制航发超越

5月7日，头条排名第一的热榜被“央视飞机模拟动画中出现一神秘战机”这个内容给占据了，笔者顺着关键画面翻到了“出品”该视频的央视七套国防军事的“砺剑”栏目的节目“砺刃成器”，结果不仅发现了热榜翻车的过程，而且还意外的发现了该视频中隐藏了一个无比巨大的“彩蛋”！

热搜榜翻车：原来就是绝密飞行中的飞行器

笔者把视频仔细看了好几遍，总共出现了3种飞行器，为了大家看起来方便，特意把几种飞行器弄到了一张图片上：

在这三种飞行器中，有两种直接就是搬运美军已经CG过的这种飞行器，或者说就是美军此前宣传片中的片段，比如第一个出场的是这种飞行器：

这是网上流传比较广泛的美军六代机CG图，目前都比较流行无尾布局，前景中的这架战斗机就是无尾布局的，与近期美军新型加油机宣传途中出现的六代机相似度也非常高。

另一个是第三张图中的对面掠过的这架飞行器，笔者直接就觉的非常眼熟，仔细甄别下明显就是好莱坞大片《绝密飞行》中的“铁皮人”无人驾驶战斗机，在剧中这架使用了量子计算机的无人机战斗力实在爆表，捅出了弥天大祸。

如果看不清的话不妨来看看“铁皮人”的出场，升降机缓缓提升到甲板的那一刻还是挺震撼的，好莱坞CG的战斗机都非常漂亮：

而一架扮演己方的战斗机则非常类似于J-20，但这是一架腹部吸气的前掠翼的战斗机，很明显就是J-20的“魔改版”，下图是变前掠翼时的动图：

这个画面笔者看着也是非常眼熟，也是《绝密飞行》中的“鹰爪”战斗机，下图是《绝密飞行》中变前掠翼的截图：

不过两者也是有区别的，鸭翼不一样，进气道不一样，垂尾不一样，但CG图显然是参考了“鹰爪”战斗机的向前变掠翼的创意。

这个错误被笔者指出后有朋友表示央视翻车了，准备发在社交媒体上去嘲笑一番，但事实上并不是，因为在央视七套播出的那个视频中，这几型战斗机只是一个可有可无的配角而已，真正的主角是文中要说的“空天动力”，某新体制发动机！

空天动力”新体制发动机：或是旋转爆震发动机

在央视七套国防军事的“砺剑”栏目中播出的这款发动机非常神秘，因为试车时被完全包袱在一个大铁管子里，只有尾喷口以及一大堆拆散的零件，大部分朋友都看得云里雾里，完全不知道央视说的发动机到底是什么类型！

对于各位发动机大佬肯定很容易识别出这种非常特别的塞式喷管是属于爆震发动机的，口径那么大，绝壁就是旋转爆震发动机，但当看到无论与高压压气级时候就懵圈了，因为旋转爆震发动机完全不需要涡轮压气级。

涡轮增压旋转爆震发动机：你听过吗？

爆震发动机的吸气模式比较特别，使用的是一种引射吸气的模式，简单了理解就是当排气口一端口径比较大时，爆炸后的燃气会大部分向大口径方向排放，并且在后期反而会带动小口径一端吸气，是不是很神奇？

而且经过特别设计的进气口甚至几乎完全将燃气向大口径端排放，然后在小口径断吸气、爆轰、排气等周而复始，这样就成了爆震发动机的工作循环，而旋转爆震发动机只是将燃烧室环形布置，然后沿着圆周方向形成自持爆轰模式，这就变成了旋转爆震发动机。

由于爆震发动机的推重比主要与频率有关，而旋转爆震发动机频率可以很高，因此这种发动机非常有前途，而难度就是如何保持稳定的爆震燃烧以及更高的爆震频率。但这种发动机在低速下有一个缺点，由于不是强迫吸气，因此自持吸气的爆震发动机在初期推力提升比较慢，难以做到“一脚油门”下去推力立马提升的效果。

涡轮增压完美解决了这个问题

涡轮增压型旋转爆震发动机结构上和涡喷发动机没啥区别，都有低高压压气级、燃烧室与高温涡轮，最大的差别是爆震发动机的燃烧室内的过程是爆炸式燃烧，排气后推动高温涡轮带动压气级吸入空气，完成自持循环。

离心涡轮增压型爆震发动机结构示意图

这个好处是在启动初期可以强迫吸气，增加发动机进气流量，让发动机推力迅速提高，俗话说就是“油门响应迅速”，这对于战机等要求动力快速提升时有非常大的帮助。

涡轮增压后的麻烦：无法高超音速

涡轮增压后的旋转爆震发动机有一个比较大的麻烦，由于存在涡轮压气级，因此它的速度并不能超过涡喷类型发动机的最高速度，所以可以推测出3~4马赫也就成了涡轮增压型爆震发动机的速度极限。

自吸气的爆震发动机的速度极限在7马赫左右（使用碳氢燃料）和10马赫左右（使用氢燃料），自吸气的爆震发动机在超音速后效率逐渐提高，因为可以使用激波预压缩，相当于有了一个“涡轮增压”，并且这个涡轮增压的“阻力”很低，可以通过调节进气道喉部来最佳化激波调整最佳“压缩比”。

超燃冲压发动机的激波压缩示意图

旋转爆震发动机的优势是推重比高，结构简单，“油耗”比较低，速域范围广，即使是增压涡轮旋转爆震发动机的速域还是比常规发动机要高，而且增压涡轮组的要求同样也比同等级的涡喷要低很多，是一种非常具有潜力的发动机。

美变循环发动机：或已被中国新体制航发超越

旋转爆震发动机是一种不同于常规的涡喷或者涡扇喷气发动机，一般我们将其称之为新体制发动机，比较有趣的是这种发动机的出现很可能将打破现代航发的发展体系，而中国正在快速突破的旋转爆震发动机或将完成对美国已经形成优势的变循环发动机的弯道超车。

美国变循环发动机：努力了将近60年

2021年5月13日，《AviationWeek》上刊发了一篇报道，通用公司的GE XA100的变循环发动机完成高空台测试，性能超过预定目标！这种发动机可以将推力提高10%，燃油效率提升25%，预计将于2027年装备于F-35A和C，同时也是2030年首飞的NGAD的FA-XX六代战斗机的发动机。

变循环发动机是美军寄予厚望的高性能发动机，同时兼具涡喷优秀的高速性能与涡扇发动机低速大推力省油的性能，这也是美军六代战斗机标配的动力，为了保证六代机任务的正常展开，美军展开了两个变循环项目，一个就是通用动力给出的XA-100，还有另一个普惠的XA-101，目前XA-100进展比较顺利。

美军的变循环发动机研制最早可以追溯到SR-71黑鸟侦察机的1960年代，将近60多年来，美国的变循环发动机也经历了多次发展：

第一代变循环发动机是1960年代的J58，这是一台典型的涡喷发动机，但在发动机外侧有6根看上去非常特殊的管子，这是从气流从发动机压气级的第四级引出直接送入加力燃烧室的通气管。

在超过2.2马赫后，这根管子就会将“额外的”气流送入加力燃烧室，为燃烧室提供氧气，降低温度，可以持续开加力，减少核心机压力，减少阻力，增加发动机整机流量，在这几根管子的帮助下，J58的最高速度可达3.35马赫。

J58还是涡喷时代，之后战斗机发动机开始全面进入涡扇时代，变循环发动机也开始在涡扇上想办法，最早将涡扇变成变循环的是YF-120，原理其实和J58有些类似，不过和J58的6根管子不一样的是YF-120发动机是通过两个可变旁路通道实现的，低速时关闭旁路，内涵道所有流量通过核心机，低流量低压比，发动机节油性能更好，高速时候则打开旁路系统将内涵道部分气流直接送入加力燃烧室，发动机工作在“部分冲压”的高流量大推力模式。

YF-120是个经典，是后来RTA-1发动机的基础，变循环部分使用了不同结构来实现，目前的XA-100和101基本也是走的不同结构路线，其中XA-100还使用了三流自适应循环，比起YF-120和RTA时代，结构反而变得简单，但与普通的涡扇发动机相比，结构还是太复杂了，另一个则是推力，比起F119的18吨级推力，XA-100也只达到了200 kN（20吨级）级，确实只提高了10%，航程增加了30%，这表示变循环还是省油的成果更大一些，对于F-15时代的F100-PW-100的和F119之间的差异，XA-100给大家的惊喜还是小了很多。

变循环还是新体制发动机？这是一个问题

目前的涡扇发动机推力几乎已经达到了极限，原因很简单，材料与工艺技术已经接近极限！据公开的数据称，涡扇发动机涡轮前温度每提升100℃，发动机的最大推力就可以提升近20%，但目前F119的温度已经达到了1700℃，要知道这还是1986年首飞的，经过几十年后的XA-100推力只提升10%，这表示核心机温度已经难以向上提升。

看到这里可能很多朋友有说法，F135的推力超过F119，这又怎么解释？其实推力的另一个关键是涵道比，F119的涵道比才0.3级别，F135的涵道比达到了0.57，推力虽然大了，但最高速度却下降了，想要同等涵道比下大推力，只能增加涡轮前温度，别无他法，所以牛逼轰轰的变循环发动机的推力也就提高一丢丢，但省油能力却提高了不少，也算可以。

想要改变这个情况，除了提高涡轮前温度外还有一个方法，改变燃烧方式！上文就已经提及过发动机的燃烧方式，涡喷或者涡扇都是属于“爆燃”，而爆震发动机的燃烧属于“爆炸”，两者的差异就在于爆轰波的传播速度，爆燃是亚音速，而爆炸则是超音速，就算是燃气的爆轰波速度也能轻松超过1400米/秒。

可能很多朋友都看不明白这代表什么意思，毕竟爆轰波速度并不代表排气速度，这也没啥用不是吗？其实是错了，因为爆炸可以更好的适应超音速燃烧以及高超音速燃烧，这表示通过核心机的气流可以更高、速度适应范围更优秀。

在同样的条件下燃烧，爆炸的空燃比下限也比燃烧要低很多，燃烧完全度也更高，简单了说就是更省油，变循环发动机努力了半个多世纪达到的技术，在爆震发动机上却是与生俱来的，涡扇发动机研究上中国还没有达到美国F119发动机的水平，虽然说WS-15已经非常接近，但目前还没有量产，即使量产了，美国的变循环发动机也已经高空台测试，中国又落后了。

爆震发动机适应的马赫数范围

但在爆震发动机研究上中国却并没有落后，并且在此次央视公开的“空天动力”测试上，显然已经过高空台的测试，未来就等着装机测试了！美国在新体制发动机方面的研究非常有可能已经被中国全面超越。