全球首创! 中国旋转爆震+斜爆震发动机, 超越美国:腾云工程稳了?

12月27日，《南华早报》报道了一个非常炸裂的新闻，中国高超音速发动机科学家表示，目前已经提供了前所未有的高超音速动力解决方案，一种将旋转爆震发动机和斜爆震发动机结合在一起的革命性动力，解决了高超音速领域困扰科学家很久的“推力陷阱”问题！

旋转爆震+斜爆震发动机到底是如何实现的？

据《南华早报》报道称，这种“革命性”的吸气式发动机可以将飞行器从零加速到16倍音速，高度则从海平面提升到大约30千米的高空，以这种速度飞行，从中国东部的上海到美国西海岸的旧金山也不过2个小时不到。

报道还称，这种发动机前所未有的将旋转爆震发动机和斜爆震发动机结合在了一起。根据《南华早报》给出的信息，笔者在国内的《推进技术》期刊上翻到了这篇标题为《环形燃烧室中圆台斜爆震燃烧特性研究》，作者是张义宁，金虹，涂胜甲，周林，滕宏辉，论文的简介中直接给出了这种发动机的基本结构：

适用于轴对称环形流道的圆台诱导斜爆震燃烧组织形式，通过数值模拟验证较低马赫数飞行工况下圆台诱导驻定斜爆震燃烧的可行性以及与斜劈、圆锥斜爆震燃烧的差异，从几何与来流参数两方面研究了圆台诱导斜爆震波的起爆与驻定特性。结果表明：在Ma7飞行工况，相比于圆锥和斜劈，环形燃烧室中圆台可以同时实现斜爆震波的加速起爆与稳定驻定。

结合文中给出的结构描述与配图，大家都能看出这是一种“串联式”爆震发动机，前半部分是旋转爆震发动机，并且在马赫数7以前时为旋转爆震模式，但到了7马赫以后前面的旋转爆震发动机就停止工作，直接启用后面以塞式喷管“圆台”的斜爆震驻定爆轰模式，从斜爆震数据来看，这种模式最高工作极限速度可达14~17马赫，潜力相当可怕！

从上图可以看出，这是一种轴对称的高超音速发动机，前半部分是旋转爆震，后半部分是斜爆震，不知道是哪种天才的结构能将这俩凑合到一起，此前从未有人做过这种尝试，原因很简单，两种发动机完全就是不同结构，到底是如何结合在一起的，笔者从两种发动机的原理着手，再结合论文，试着来解读一下，到底是怎么整合到一起的？

爆震燃烧与旋转爆震和斜爆震

爆震燃烧其实就是爆炸，和常规喷气式发动机的连续燃烧不一样，爆震燃烧是以脉冲爆炸的形式出现的，即让燃料与空气混合到爆炸浓度再点燃，此时爆轰波是以超音速传播的，速度可达5-6马赫以上，燃烧完全，效率极高，据公开的数据可达80%以上的效率。

连续燃烧的涡轮风扇发动机燃烧效率到45~50%已经顶天了，并且这还是以涡轮风扇模式实现的，顶着个大风扇，燃料利用率确实高了，但最高速度却大幅下降，比如燃烧效率最高的大涵道比风扇，最高速度也就高亚音速，比较适合民用客机。

而爆震燃烧却不一样，这种燃烧模式完全迥异于连续燃烧，很容易做到高效率，但有一个问题，就是爆震频率难以提高，这是爆震发动机提高推重比一个非常关键的问题，比如流行PDE（脉冲爆震）模式，最多也只能达到80~100HZ，也就是每秒80~100次，但推重比很差，只能拿来做个无人机或者大玩具，而多管爆震往往会增加重量，让推重比打了折扣。

旋转爆震是一种环形空间内周而复始的爆震燃烧模式，一个或者多个进气口为一个爆震区，通过环形燃烧室不同时间点燃混合燃料的爆震区域方式形成绕行环形燃烧室不断爆震的模式，这种方式还能形成自持爆震燃烧，不像多管爆震需要不断点火。

据公开的报道，目前测试的爆震发动机已经能达到10KHZ左右，最大推力已经能接近三吨，最长持续时间已经可达4~5分钟，已经非常接近于实用化，旋转爆震是爆震发动机的三种模式中最先抵达实用程度的。

斜爆震发动机结构与超燃冲压发动机的进气道有些类似，但倾斜角度更大，激波形成的压缩气流在倾斜进气道转弯后形成驻定爆轰过程，每次点燃混合了燃料的混合物都会发生一次小型爆炸，此时因为爆轰波的影响会改变激波，但随着排气这个激波又会恢复的爆炸前的形态，一直会在相同的位置出现，所以才叫做驻定爆轰的斜爆震发动机。

两种结构尽管都叫做爆震发动机，结构差异实在太大，并且旋转发动机可以零速度启动，但写爆震发动机不行，此前的模式都是斜爆震发动机单独测试，但现在将两种发动机结合无疑是一种革命性的结构，到底是这么做的？

旋转爆震+斜爆震是怎么实现的？

估计很多网友到想到了亚燃冲压发动机和超然冲压发动机结合的模式，这俩从理论上来看确实可以结合到一起，两者都用激波压缩，区别是亚燃的燃烧室气流速度为亚音速，超燃的燃烧室是超音速，调节进气道结构即可实现。

但旋转爆震不是超燃冲压，两种有着质的区别，旋转爆震使用的引射进气模式，可以做到没有主要运动部的件下自然吸气，这种引射结构是一种狭缝结构，比其亚燃/超燃冲压发动机前后都是一根通管子，旋转爆震则不是，结构要比亚燃/超燃冲压的进气道更复杂。

笔者估计这种旋转爆震与斜爆震发动机结合的模式的前提条件是将旋转爆震的进气道和燃烧室作为斜爆震发动机的进气道，至少要让气流畅通无阻的抵达这个组合发动机的后半程，因此在旋转爆震的引射吸气结构一定是会被设计成可以收缩隐藏的，把气流通道让出来给斜爆震使用。由于论文并未涉及具体结构，笔者也只是瞎猜一下，仅供各位参考。

与美国洛克希德最新发动机相比，两者差别在哪里？

12月14日，GE航空航天公司在12月14日展示了一种将涡轮基、亚燃冲压与超燃冲压以及旋转爆震都整合到一起的组合发动机DMRJ，最高飞行速度可达5马赫以上，并且已经进行了展示测试。

目前有一种比较流行的说法，美国在某种技术上突破后中国在不久后也会发布一种类似的突破的消息，比如这次中美高超音速发动机突破公布的消息前后相差不过半个月，这个比较有意思，大家很自然的将两者放在一起对比，到底谁的更先进！

笔者比较仔细的了解过DMRJ这种组合式发动机，它的结构比较复杂，基本上是一种“共用进气道”的“三通道”结构的“并联”发动机，进气道进来后分成三个通道，三个通道但有四种工作模态，因为冲压通道可以同时工作在亚燃/超燃工作模态；三个通道的发动机的进气道有一个活门，可以在不同的速度下将气流引导至对应工作的通道，不过这种发动机仍然是一种涡轮基超燃冲压发动机，也就是TBCC的一个变种。

与旋转爆震+斜爆震模式其实是没法比，因为这已经是两个赛道，比如旋爆在启动时由于是引射自吸气模式，加速是比较慢的，得慢慢等爆震发动机起来渐入佳境，而GE的DMRJ则有涡轮发动机可以快速启动到正常起飞推力，这是DMRJ的优点。

但DMRJ得问题是结构复杂，最高速度上不去，因为即使是使用氢燃料的超燃冲压发动机在超过10马赫后就有些困难了，而旋爆+斜爆震不存在这个问题，极限速度可达14~17马赫，速域要比DMRJ宽得多。

NASA官网在前不久也公布了一种旋转爆震发动机RDRE，这种也属于旋爆，但它是旋转爆震火箭，也就是空气通道被氧气管道代替，可以在真空条件下工作，这对于旋转爆震发动机来说并不困难，从公布的数据来看还是相当先进的。

不过这种发动机属于单一结构，并且局限于太空应用领域，与本文的这种类型发动机技术可比性几乎就没有，不过就目前公开的数据，NASA的这种RDRE还是处在“首发阵营”，因为中国没有公开类似的详细数据，无法对比，我们姑且算NASA排在RDRE领域的第一位吧。

腾云工程：发动机终于稳了？究竟哪种更合适？

腾云工程的目的是研发是一种二级入轨的空天飞机，是一种可以重复执行航天发射任务的一二级结构飞行器，它的飞行过程是这样的：

• 1、一级飞行器驼着二级从地面机场水平起飞，在大气层中加速爬升；
• 2、到达30至40千米高度时一二级分离，一级飞行器水平返回并着陆机场；
• 3、二级继续爬升进入近地轨道，完成运输任务后再入大气返回，等待二次使用；

这种飞行器的二级基本应该是火箭作为动力，目前我国的“神龙”空天飞机是可以实现的，最关键的还是一级，需要至少以7倍音速的速度将二级送至大约30千米的高空，然后再脱离一级启动火箭飞向近地轨道。

目前在考虑的动力方式是TBCC或者TRRE，前者是一种涡轮+超燃冲发动机的模式，实现难度比较大，涡轮发动机+亚燃冲压的TBCC工程实现难度比较低，目前美国这方面进展不错，但涡轮发动机+超燃难度太高，进展寥寥。

TRRE是一种火箭引射的超燃冲压发动机，结构原理是零速度启动火箭，到超音速后启动亚燃/超燃冲压发动机，在4~5倍音速时候启动火箭保证“推力陷阱”（出现速度增加推力反而下降的情况）出现时平稳过渡，并且在加速或者减速时稳定发动机工作，这种发动机最接近工程应用状态。

旋转爆震+斜爆震其实也很适合这类航天器，并且没有转动部件，使用后只需简单检修即可再次执行任务，诱惑力是非常大的，目前最大的难题就是如何把这种发动机推力最大，稳定工作时间更久。