脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)是一種由脈沖爆震波產(chǎn)生的高溫、用高壓氣體產(chǎn)生推力的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，熱循環(huán)效率高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以作為戰(zhàn)略飛機(jī)使用、無人機(jī)、導(dǎo)彈 美國的動(dòng)力裝置也可以用作軌道轉(zhuǎn)移發(fā)動(dòng)機(jī)、行星著陸發(fā)動(dòng)機(jī)和航天器姿態(tài)控制、衛(wèi)星機(jī)動(dòng)動(dòng)力裝置在未來空間推進(jìn)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景近年來，國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)都在競相開展脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的研究工作。

2016年8月，俄羅斯率先成功完成使用環(huán)保液體燃料的新一代脈沖爆震航空發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。

脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)是一種基于爆震燃燒的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)，其原理不同于普通的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)直接利用爆震燃燒產(chǎn)生的爆震波來壓縮燃燒室中的氣體，然后產(chǎn)生動(dòng)力。爆震燃燒產(chǎn)生的爆震波使爆炸性燃料的壓力、溫度迅速升高（壓力可高達(dá)100個(gè)大氣壓，溫度可達(dá)2000℃）因此，爆轟燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)不需要傳統(tǒng)的壓氣機(jī)和渦輪部件就可以達(dá)到壓縮氣體的目的，大大簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本。另外，由于爆轟波的傳播速度極快，達(dá)到每秒幾千米，整個(gè)燃燒過程接近恒壓燃燒，因?yàn)楹銐喝紵臒嵫h(huán)效率比定容燃燒高得多（普通發(fā)動(dòng)機(jī)以恒定的體積燃燒），達(dá)到49%定容燃燒效率為27%因此，采用爆震燃燒的推進(jìn)系統(tǒng)的性能可以大大提高。當(dāng)爆震頻率高時(shí)（達(dá)到80 ~ 100赫茲），就可以產(chǎn)生持續(xù)的推力。

脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為是21世紀(jì)潛在的航天動(dòng)力項(xiàng)目。因此，有學(xué)者稱之為“夢幻動(dòng)力”

PDE 主要由進(jìn)氣口組成、爆震室、尾噴管、爆震激發(fā)器、閥門等，一個(gè)工作循環(huán)包括進(jìn)氣、噴油、點(diǎn)火、燃燒（含爆轟波的產(chǎn)生和傳播）及排氣。根據(jù)PDE工作循環(huán)的特點(diǎn)，基本的工作循環(huán)過程可以分為以下幾個(gè)階段：1）易爆燃料/氧化劑混合物充滿爆震室；2）點(diǎn)火起爆；3）爆震波傳播到開口端，從充滿高溫高壓氣體的爆震室排出；4）當(dāng)爆震波到達(dá)出口時(shí)，膨脹波反射進(jìn)來，爆震產(chǎn)物從爆震室排出；5）大部分氣體排出后，從封閉端反射的膨脹波從爆震室排出；6）膨脹波排出后，爆轟室處于低壓狀態(tài)，充入隔離氣體吹掉剩余的燃?xì)?，然后補(bǔ)充爆炸性混合物，開始新的循環(huán)。整個(gè)工作過程是斷斷續(xù)續(xù)的、周期性的，也就是PDE 工作不穩(wěn)定。當(dāng)爆震頻率較高時(shí)，例如大于100Hz，可以近似認(rèn)為工作過程是連續(xù)的，可以提供連續(xù)的推力推動(dòng)飛行器前進(jìn)。

PDE有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單（無渦輪等旋轉(zhuǎn)部件）尺寸小（不大于2米）適用范圍廣、成本低、可在零

速度下使用、燃燒效率高、高速性能優(yōu)越。預(yù)計(jì)PDE推重比可達(dá)20，馬赫數(shù)范圍為0 ~ 10（吸氣型為0~3或5），飛行高度范圍0~50km，推力范圍0.5kg~50000kg，油耗不到1kg/kgoh。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)沒有易損壞的旋轉(zhuǎn)部件，因此結(jié)構(gòu)更簡單、維護(hù)更容易。此外，PDE可以通過現(xiàn)有材料和現(xiàn)有工藝生產(chǎn)。據(jù)估計(jì)，PDE的成本比超音速渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)便宜75%PDE是目前唯一可以雙模式工作的發(fā)動(dòng)機(jī)概念，既可以工作在吸氣模式，也可以工作在火箭模式。比如在M=0~3及更高的范圍內(nèi)，可以有效地通過空氣推進(jìn)，然后以脈沖爆震火箭模式工作。因此，PDE在未來軍事和航天運(yùn)輸領(lǐng)域是一種很有前途的新概念發(fā)動(dòng)機(jī)。

脈沖爆震推進(jìn)系統(tǒng)主要分為火箭式、吸氣式、433，356種聯(lián)合循環(huán)和混合循環(huán)方式。

1）火箭和吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一種“純”脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)不同于脈沖爆震火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（PDRE）它需要自帶氧化劑，以及吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（APDE）空氣被用作氧化劑。PDRE 和APDE 有很多潛在的應(yīng)用前景，PDRE 可以作為上面級發(fā)動(dòng)機(jī)、軌道轉(zhuǎn)移發(fā)動(dòng)機(jī)、巡航導(dǎo)彈動(dòng)力裝置、行星著陸發(fā)動(dòng)機(jī)；此外，它還可用于航天器姿態(tài)控制、空間站運(yùn)行、衛(wèi)星機(jī)動(dòng)的動(dòng)力裝置等。APDE 可用于戰(zhàn)略飛機(jī)動(dòng)力裝置、機(jī)載導(dǎo)彈或艦載導(dǎo)彈的動(dòng)力裝置、無人機(jī)動(dòng)力裝置和遠(yuǎn)程導(dǎo)彈動(dòng)力裝置等。

2）組合循環(huán)PDE 就是在同一個(gè)流道中安裝不同循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)循環(huán)工作在不同的飛行速度范圍，以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。比如脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)和普通火箭發(fā)動(dòng)機(jī)放在同一個(gè)導(dǎo)管內(nèi)，形成組合循環(huán)系統(tǒng)，可以用于高速、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈動(dòng)力裝置的推進(jìn)系統(tǒng)比同樣航程的普通兩級液體火箭要小。脈沖爆震/沖壓/超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合循環(huán)系統(tǒng)可作為高超聲速飛行器的動(dòng)力裝置，其中脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)可作為低速飛行時(shí)的加速裝置，當(dāng)飛行馬赫數(shù)高于3時(shí)，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)將繼續(xù)替代工作。聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的一種變體稱為多模式，這是一種同一發(fā)動(dòng)機(jī)在同一管道中進(jìn)行許多不同循環(huán)的模式。

3）混合循環(huán)PDE采用脈沖爆震燃燒室（PDC）與渦輪機(jī)械結(jié)合，爆轟燃燒代替恒壓燃燒，可用于新一代超音速飛機(jī)。在混合循環(huán)模式下，PDC 可用于替代高壓壓縮機(jī)、燃燒室、高壓渦輪和加力燃燒室。對于一定的氣流，PDC 可以通過爆轟波的壓縮過程使其壓比提高2 倍。對于現(xiàn)在的加力燃燒室，PDC 作為推力加力燃燒室使用，會(huì)提高性能，降低油耗。

雖然PDE的概念已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中得到驗(yàn)證，但仍有以下技術(shù)問題需要解決：

1）爆震的起爆、控制和保持

快速可靠的起爆是PDE實(shí)用化的最重要問題之一，因?yàn)楦吖ぷ黝l率和重復(fù)點(diǎn)火次數(shù)是PDE正常工作的基本要求。從爆燃到爆震的轉(zhuǎn)變（DDT）過程是近期PDE研究的最佳方案。以往對起爆和爆燃轉(zhuǎn)爆轟的研究大多是在靜態(tài)氣體中進(jìn)行的，而且大部分研究使用了很長的激波管，這與實(shí)際PDE長度小于2米的條件不符。

2）液體燃料和氧化劑的霧化、噴射、摻混

對于燃燒液體燃料的PDE，燃料噴射、混合和點(diǎn)火相當(dāng)困難。具有快速反應(yīng)、高質(zhì)量流量和高可控性的噴射系統(tǒng)對于滿足脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的高頻運(yùn)行是非常重要的。注入系統(tǒng)必須滿足成本、重量、對體積和功率的要求等。因此，我們應(yīng)該研究氣體和液體燃料噴射的關(guān)系、摻混有關(guān)的物理、化學(xué)和熱力特性。

3）PDE輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

實(shí)際的PDE系統(tǒng)應(yīng)該包括多個(gè)爆震室，這些爆震室與公共的入口和噴嘴相連，并且實(shí)際的PDE系統(tǒng)還包括加壓燃料儲存和供應(yīng)系統(tǒng)、燃油/空氣噴射系統(tǒng)起爆系統(tǒng)和推進(jìn)劑噴射系統(tǒng)。

作用在PDE爆震室末端的封閉壁（推力壁）發(fā)動(dòng)機(jī)上的爆炸壓力將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。PDE需要一個(gè)輔助動(dòng)力系統(tǒng)用于啟動(dòng)和流量控制，也可能包括一個(gè)特殊用途的動(dòng)力提取系統(tǒng)。此外，PDE還需要設(shè)計(jì)快速動(dòng)作、推進(jìn)閥和燃油閥和控制系統(tǒng)部件帶有飛重，以及先進(jìn)的燃燒控制系統(tǒng)、有效入口和噴嘴、考慮系統(tǒng)特殊部分的綜合設(shè)計(jì)方案。

4）進(jìn)口/爆震室接口的設(shè)計(jì)

由于爆震過程對化學(xué)計(jì)量的影響、粒子液滴尺寸、當(dāng)?shù)氐幕旌铣潭群苊舾校允亲詈玫倪M(jìn)口/爆震室接口設(shè)計(jì)存在較大困難，因此有必要研究PDE與混合壓縮超聲速進(jìn)氣道的高效集成方法。

5）高性能噴嘴的設(shè)計(jì)

6）多個(gè)爆震管的動(dòng)態(tài)耦合

由于推力不穩(wěn)定，實(shí)際PDE需要采用高頻率（大于80赫茲）多管結(jié)構(gòu)，但存在多管爆轟燃燒室之間的動(dòng)力耦合問題。

7）冷卻問題

爆轟波后的熱氣速度極高，導(dǎo)致管壁熱量增加，必須采取高效的冷卻措施。

8）爆震現(xiàn)象的精確理論分析

采用真實(shí)化學(xué)模型和分子混合模型的先進(jìn)數(shù)值模擬和多組分爆轟模擬對于理解爆轟燃燒機(jī)理非常重要。

9）混合偏微分方程的設(shè)計(jì)

可利用涵道空氣、渦輪機(jī)可能需要主動(dòng)噪聲抑制。

10）爆轟燃燒會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和巨大的噪音。