六代机动力公开？央视罕见高清画面：公布新型“空天动力”！

5月5日央视7套国防军事的“砺剑”栏目报道了一种新型发动机的研发以及试车过程，罕见地以非常详细的画面摆在了公众的面前，并且还将发动机的零部件排开，让大家看了个底朝天，但问题来了，各路人马都已经看完，却还不知道这到底是啥发动机

央视公布的画面：有几个特征可以分析？

笔者看完了整个视频，央视确实公布出了大量画面，但却只是不完全的角度以及不知所云的描述，不过熟悉各种发动机结构的朋友应该能从中发现不少有用的信息：

看到这个尾喷口的锥体估计各位朋友就知道这基本就是旋转爆震发动机没跑了！不过这个结论可能会让很多朋友都不服，因为有部分喷气式发动机的塞式喷管的尾部也是这种模式，在喷气式发动机中，塞式喷管有助于尾喷管气流扩散避免紊流增加推力，也有助于降低噪音。

但在喷气式发动机的塞式喷管外围，还有一圈尾喷管，不过在上图中的却只有塞式喷管的中心锥体，没有外围的喷管，或者说外围只有一圈厚重的金属外壳，其实这就是爆震发动机的尾喷口典型特征：

旋转爆震发动机的结构比较特殊，像普通的涡轮喷气或者涡轮风扇发动机，尾喷管内部可以是“空”的，从低压涡轮之后，一截很短的塞式喷嘴隐藏在尾喷管内，因为军用涡喷或者涡扇直径不大，这个锥形的结构很小。

但在直径与尾喷口比例相差比较大的客机发动机中，这个塞式喷管就会远远延伸出尾喷口外，其实作用就相当于“整流”，避免这个突然变化的尺寸影响喷气效率。而在旋转爆震发动机内，燃烧室呈环形分布，并且还没有高压涡轮和低压涡轮的需求，另外由于旋转爆震的频率要求，越是大型的发动机，燃烧室尺寸与中心锥相差越是悬殊，所以必须得是塞式喷管，否则效率就会下降很多。

旋转爆震发动机：为什么会出现这种环形燃烧室结构？

爆震发动机是一种非常特殊的喷气式发动机，常见的喷气式发动机有离心式、轴流式等结构，其原理是空气经过离心压缩或者多级涡轮叶片压缩后进入燃烧室，喷入雾化后的燃油混合燃烧，高温燃气膨胀经过高温涡轮后出尾喷口做功，整台发动机的动力模式就是高温涡轮旋转后带动压气级吸入空气周而复始的工作。

燃烧室中燃油在混入空气后稳定燃烧，为了让火焰稳定，发动机工程师还发明了各种结构以稳定燃烧，如果出现间歇性或者断续燃烧，那么发动机就会出现严重的喘震甚至熄火！但爆震发动机却刚好相反，间歇性的爆炸才是爆震发动机的正常工作模式。

每次工作会有一个循环，喷入燃料油或者气，与空气或者氧化剂均匀混合至爆炸浓度，然后点燃爆炸，快速膨胀的高压高温气体排出尾喷口，燃烧室准备下一轮工作循环，周而复始，这就是爆震发动机的基本原理。

PDE的工作过程

常规的喷气式发动机燃烧室内属于等压燃烧，燃烧速度亚音速传播，自行调节压力，高了会从尾喷口泄压。而爆震发动机属于等容燃烧，其过程就是爆炸，爆轰波传播速度超音速，一般至少也在1300~1400米/秒以上，并且爆炸浓度要比燃烧浓度更低，因此爆轰模式发动机也会更节省燃料。

虽然采用爆轰模式的爆震发动机看着很不错，但发动机都是讲究推力的，低频爆震发动机推力并不大，要提高爆震发动机推力的关键就是增加频率，频率越高，推重比越高，因此目前从单管爆震已经发展到多管爆震以及多管供尾喷管爆震发动机。

另外还有一种环形燃烧室的旋转爆震发动机也在快速发展中，与多管爆震发动机的频率局限于管数多少相比，环形燃烧室更为灵活，根据燃油喷嘴数量以及发动机燃烧室爆震区域分割，可以环形轮流自持起爆或者多头起爆，这个频率要比多管爆震高得多，因此这也是目前正在突破的重点方向之一。

多管爆震与旋转爆震都是可以自吸气的，可以零速度启动直接加速到高超音速，不需要像涡喷涡扇这样的转动吸气结构，利用的是引射原理进气，这种发动机相当优秀。不过还有一种斜爆震发动机无法自持吸气，结构与超燃冲压发动机很相似，这种发动机的启动速度需要6~7马赫以上，最高工作速度可以超过14马赫。

斜爆震发动机(a)及飞行器整体(b)结构示意图

央视公布的到底是什么发动机？

上文已经说明了这种发动机属于爆震发动机，也说明了旋转爆震发动机可以不需要像涡喷或者涡扇这样的涡轮部件，但在央视的视频中却出现了压气级风扇，这又是怎么回事？

上面这张图左侧的就是低压压气级风扇，而在下面这张图中则是高压压气级风扇，而根据中间的燃烧室结构，看起来却涡喷发动机很相似，这又是怎么回事？

涡轮增压型爆震发动机

脉冲爆震（PDE：单管与多管都属于脉冲爆震）与旋转爆震（RDE）发动机都可以不使用任何涡轮旋转部件，但这些发动机有一个缺点，只能使用进气道引射进气来增压，推力提升与频率提高比较慢，为了在低速阶段快速获得推力提升，可以配合多级涡轮压气级模式来提升RDE的性能，比如波兰就在2005年时与武汉理工大学以及日本名古屋大学合作在这方面有比较深入的研究：

上图b是一个离心式压气级的旋转爆震发动机的结构示意图，需要仔细看一下才能领会其结构设计意图，除了离心式以外还有多级压气级的旋转爆震发动机：

结构就会更复杂一些，这种结构与涡喷或者涡扇结构相差不大，只是将燃烧室模态改成了旋转爆震模态，另外对高压涡轮与高压压气级涡轮要求降低，所以结构也比较简单，可以大幅度提升目前的涡喷或者涡扇发动机性能。

涡轮增压型旋转爆震（也可以是脉冲爆震）发动机属于“低速改善型”发动机，它只是通过爆震模式增推，大幅度提升发动机推重比并降低油耗，高速性能仍然没有改善，最高速度也就在2~3马赫左右，速度更高时，可以使用进气道激波作为压缩方式获得很高的增压比，此时爆震发动机的性能将大幅提升，前面的图片中波兰RDE的图A就是激波压缩爆震发动机的结构原理图。

因此这里有了第二个结论，如果央视公开的发动机部件结构图为真，那么笔者认为这台发动机属于“推力改善型”低速涡轮增压爆震发动机，但速度最高也就在3马赫左右。要是央视放出的图片是大忽悠那就没法判断了。

进度如何了？已经到了高空台

这里还需要解决一个问题，这台发动机究竟到了什么程度？大家肯定会认为，都已经成功试车了，那是开发成功了？其实答案还真不是这样，就央视公开的视频而言，目前最大的进度可能是已经到了高空台试车的状态。

基本就是一个模拟多种高度的高空试车台，一台发动机要从研发走到量产，会经过研发阶段的部件测试、整机地面台架试验、环境试验、高空台模拟测试以及飞行试验，到了高空台测试，基本已经走到了装机飞行试验的最后一步，简单了说就是成熟度非常高了。

接下来就是装机飞行试验，假如这是涡轮增压型爆震发动机，那么只需要一架最高速度在2~3马赫的飞行器来测试这种发动机，但要是这是一种激波压缩的“自吸气”发动机，那么其速度范围可以高达6-7马赫以上，目前公开的只有2022年珠海航展时曾经露面的MD-22可以作为载机测试。

空天动力的命名：究竟是否准确？

在央视7套国防军事的“砺剑”栏目报道中是以“空天动力”为其命名的，在业内人士看来，空天动力是可以进入太空的，而一般的涡喷或者涡扇被称为航空动力，这些发动机只能在比较稠密的大气层底部工作，那么问题来了，央视对这种尚未公开的发动机称之为空天动力到底是否准确？

旋转爆震还有另一种模式：旋转爆震火箭

2023年1月25日，NASA的官网上发布了一个全尺寸RDRE发动机试车视频，这个发动机是NASA马歇尔太空飞行中心的工程师和INSpaceLLC一起合作开发的，测试地点位于太空中心东部的RDRE试验区，这台全尺寸发动机总共点火了十几次，测试时间将近10分钟。

从试车视频来看确实看不出什么花样，就是爆震发动机的典型塞式尾喷口，不过熟悉旋转爆震发动机的朋友一定发现了这个RDRE与RDE的写法似乎有些不一样，因为这个RDRE是ROTATINGDETONATIONROCKETENGINES的缩写，翻译成中文的意思是旋转爆震火箭发动机。

这种发动机的结构和旋转爆震发动机没什么差别，只是把进气道给堵上，然后用氧化剂在进气道后半部分加入与燃料混合持续爆震，NASA测试的是专门的RDRE，但其实RDE也有潜力工作在RDRE模式下，也就是说在40千米高空后吸气旋转爆震难以工作时可以切换成RDRE模式，这种发动机直接变成火箭模式继续飞向近地轨道。

听上去是不是特别厉害？事实上RDE真的有这种潜力，只是科学家需不需要把RDE设计成与RDRE通用的发动机，因为只有部分空天飞行器才会如此要求，绝大部分高速飞行器都只有大气层内飞行的要求。

从这个工作模态来看，央视以“空天动力”形容并没有毛病，不过我们必须要理解的是RDE有潜力改成RDRE，并不是说所有的RDE都可以工作在RDRE模态下，所以央视公开的那种发动机到底能不能工作在RDRE模式下，笔者不知道，只知道如果是涡轮增压型RDE，那么难度会非常大，也没必要。