亚洲特快：清华大学的先进冲压发动机，有多先进？

各位朋友大家好，欢迎收看本期《亚洲特快》，2022年1月24日，清华大学发布新闻，称清华大学航空航天学院王兵教授团队进行了自主研发的新型发动机试验。

从他们发布的新闻内容来看，这是使用一种火箭实验平台进行的实验，试验飞行器是一个两级火箭，其第二级火箭前端安装了一个试验用的冲压式发动机，在火箭升空并达到预定测试速度后，这个冲压式发动机点火燃烧，随后展开降落伞着陆回收。

仅仅从这一点来看，似乎这枚火箭并不是十分出奇，尽管新闻报道称，这种新型发动机在新型空天动力领域跻身世界前列，但似乎也没有引起大家过分的关注。

毕竟目前超燃冲压发动机国内也已经有多个团队正在进行试验，乃至于其中一些项目可能已经接近于实际运用。

而有些格外不着调的自媒体，已经开始拿起几年前的“星空2”号乘波体飞行器试验，给这种并没有动力的滑翔体“安上”了发动机，并且开始装模作样的谈论起它的发动机技术水平，然后故作神秘的告诉大家”清航壹号”试验任务水平比星空2号更高……这就十分搞笑了。

其实星空2号乘波体显然并不是我国真正的第一个乘波体，其实它首次测试的时候我们就说了，其实当时已经在团队自己发表的声明里说了这是他们自己的第一个乘波体，而实际上在这个团队之外，我国的“国家队”或者其他院校的团队是否有类似，或者更高水平的乘波体，报道并没有说过，后来在媒体广泛转发的过程中就把这个事情给说成了“我国第一个乘波体”……实际上在东风-17导弹公开亮相后大家应该就已经知道是怎么回事了。

由于我国严格的保密制度，很多从事相关研究的团队其实也只能发表语焉不详的内容，来表述自己的成果水平，但是他们显然无法控制媒体的解读，尤其是对于相关领域缺乏了解的自媒体的“二次创作”，至于出来纠正这些报道的偏差，那就更不可能了。

到目前为止我们对此也没有办法，只能尽可能做客观的解读啦。

当然了列车长知识水平肯定也远达不到专业高度，所以也只能说，我尽可能去搜索相关的公开资料，但是仍然难以避免其中有些地方可能出现外行的望文生义和误解，如果有错误还望有了解相关专业的朋友指教。

那么这里我们首先就要看这次“清航壹号”试验任务相关报道中提到试验设计的关键词。

在清华大学公布的新闻中，提到的第一个关键词：“自增压燃烧技术”。

其实当代中文科技词汇在一些特定文字的翻译上还是存在一些问题，比如“增压”，这个词在不同的场合表述的意思其实有所区别。

比如我们现在开的车，很多都有“涡轮增压”，但是这里的“增压”和“自增压燃烧”中的“增压”并不是一个意思。

它们的英语原词可能反而比较容易看出两者的区别，我们一般的“增压引擎”中的增压，一般是”Supercharged”，或者“forced induction”，而如果采用的是涡轮增压，那么就是Turbo charged，意思是在内燃机当中提高进入气缸的气体压力，增加氧化剂，提高燃烧效率。

而在航空发动机领域，现在的喷气式发动机都用涡轮发动机，天然Turbo啊，但是经常看到有些人误以为自己车上装的是涡轮发动机……这就搞笑了是吧，当然你如果开的是T-80U坦克，那就当我没说吧。

但是在“自增压燃烧”，或者“增压燃烧”概念当中，它的英语写作Pressure-gain combustion，直接翻译的话就是“获得压力的爆震”，换言之，这是一种爆震燃烧技术。

爆震技术之前咱们在介绍中科院相关技术突破成果的时候提过一嘴，用我浅薄的理解来说，就是拉长爆炸的过程，或者使得爆炸连续的发生，因为爆炸实际上也是一种燃烧，而这种燃烧的效率远高于我们通常理解的燃烧。

而自增压恰恰是爆震燃烧的特点之一，具体的原理呢，大家有兴趣可以学习相关知识吧，毕竟这里面涉及到的公式和概念啊，对于我这个文科生来说，那也是有点“他认识我，我不认识他”的意思是吧。这里呢，我用它能够实现的效果来给大家解释，就比如，如果我们能够用自增压燃烧取代常规的燃烧，那么现有的涡轮喷气式发动机就不再需要高压涡轮和压气机，只需要低压涡轮，直接让空气进入燃烧室，然后燃烧过程直接就可以获得增压效果。

也正是由于这种前景，目前的航空发动机领域，各国正在努力实现突破的“第六代”发动机是指变循环发动机，而第七代发动机，那就是要运用爆震燃烧，或者叫自增压燃烧或者叫超声速燃烧，反正都差不多是一个概念。这也就是之前我们提到中科院相关研究中提到的，那个新原理发动机。

能够一下子减少多个重要的发动机部件，意味着整个发动机的效率可以大大提高，重量可以大大减轻，油耗可以大大减少，而如果用在冲压式发动机上，还可以获得更高的飞行速度，而这也正是这次清华大学王兵团队的试验中所测试的技术。

这个技术前景这么美好，自然早就有人注意到了，实际上早在二战前，一些技术先进国家就已经开始研究相关技术，二战中纳粹德国就提出过制造脉冲震爆发动机的想法，当然实际上最后只留下了一些什么别隆采圆盘之类的传说，实际上试验并没有取得成功。

简单来说，几十年来人类未能实现爆震发动机，或者说自增压燃烧发动机技术的主要问题，还是在工程方面的，如何设计一种方式，能够拉长爆震条件的过程，或者周期性的实现爆震，还要把这个爆炸限制在一个不超过人类掌握的制造发动机的材料能承受的限度之内……一言以蔽之，就是非常难。所以人们提出了各种各样“或许可行”的原理，

比较老的有脉冲爆震发动机原理、连续旋转爆震发动机原理，比较新的呢，是目前中国多家院所正努力突破的斜爆震原理，还有俄罗斯的超声速脉冲爆震冲压发动机原理，以及最新的，基于爆震燃烧的超燃冲压发动机。

某种角度来说爆震燃烧就是化学能领域的可控核聚变，从几十年前起大家就在各自提出不同的理论希望能够实现，但是一直都没能实现，这中间各种设计原理，什么磁约束啊、惯性约束啊、激光点火啊、托卡马克啊、Z箍缩啊，提出了好多好多，但是真正能够实用的呢， 目前为止都还没有。

当然爆震燃烧没有核聚变那么难，2011年后，各国在这一领域都有所突破，一系列的新的试验开始进行。

我们去搜一下相关的新闻就可以看到，国外近年来出现了不少关于旋转爆震发动机，或者脉冲爆震发动机取得突破，并且开始进行地面试车的消息。

那么从相关论文，以及清华大学这次报道的内容来看，我们可以推测，这次他们试验的技术，应该是基于爆震燃烧的超燃冲压发动机原理，这个倒是个新玩意。

那么这个技术能带来什么好处呢？其实从之前美国X-51等超燃冲压发动机试验的结果来看，现在的超燃冲压发动机的推力性能远远低于早期理论计算，主要原因之一就是理论计算是按照发动机燃烧室内进行等压燃烧为基础，但实际上很难实现这一点，而爆震燃烧具备的自增压特点将意味着革命性的变化。

实际上在2021年9月清航空天公司就已经发表了该团队进行发动机地面试车的新闻，当时他们就表示，基于自增压燃烧技术，可以用于替换现有所有航空发动机的燃烧室组件，包括冲压、火箭及涡轮发动机。

当时的新闻里提到，清航空天公司表示，新型的自增压冲压发动机最大特点就是有效降低飞行所需燃料，2022年将会有初步的产品问世，那这个自然说的也就是这次的飞行试验了。

而未来呢，他们希望将自增压燃烧技术运用到火箭发动机方面，就可以用更小型的发动机得到更大的推力，而从他们展示的试验装置的外形来，将爆震燃烧技术运用到涡轮发动机和火箭发动机方面的地面试验，应该都在进行了。

此外这次试验的新闻中还提到，这次飞行试验的飞行载具设计和任务实施，是由另一家公司进行，也就是北京凌空天行科技有限责任公司，而这家公司也正是此前厦门大学"嘉庚一号“火箭试验的实施方。

那么从这些信息我们也可以看出，清航空天的团队，是中国发展民营航天，或者说军民融合发展战略的产物，应该说目前还算不上国家队。清航空天公司也说过，他们的目标是设立国家实验室，但目前应该说他们依然应该说是掌握了一种领先核心技术的小团队的模式来发展的，至于试验所需要的火箭、测控等基础技术，团队不需要投入太大力量，主要还是靠商业“外包"方式来获得，团队只要做好自己最核心的这部分技术就可以了。

这正是中国目前很有意思的一个发展路线，让很多财力、物力有限的小团队能用相对较低的成本，对一些有潜力的先进技术进行验证，应该说某种意义上来说，可以说是“华强北”模式在航空航天领域的运用。相比之下，美国那个世界著名的DARPA的玩法，是向每个团队给予2亿美元，5年时间的方式来促进新技术发展，在现在这个时代似乎，DARPA的模式甚至可以说显得已经有些过于庞大笨拙了。

自增压燃烧技术当然是很牛，但是我们这里就不强调这一技术多么领先世界，可能带来如何革命性的变化了，清航自己也说了，虽然原理很厉害，但是具体到这次的发动机呢， 主要的优势其实是省油。

当然省油已经很厉害了， 意味着如果用来做导弹的话，射程可以更远，载荷可以更大，但是他们并没有提到飞行速度可以更高，虽然从原理上来说当然也可以。但显然那是下一步的目标了。

不过我们的超燃冲压发动机已经开始考虑省油的问题了，各位觉得这意味着什么呢？

那当然，我们也不能过于骄傲，咱们不吹不黑，看一看世界范围内，自增压燃烧技术发展到什么程度，清华团队所说的跻身世界先进水平，究竟是什么水平？

我们搜索了一下相关的关键词，2021年关于自增压燃烧技术的新闻有，日本在2021年8月27日从种子岛航天中心发射S-520探空火箭，该火箭携带了试验性的脉冲爆震火箭发动机，成功产生了500牛的推力。

2021年11月12日，位于美国加利福尼亚的爆震太空公司宣布他们的旋转爆震火箭发动机首次进行了地面测试，取得7千牛推力。

再综合稍早前其他相关的新闻，我们可以看到，目前为止，美国、日本、欧盟，俄罗斯等国在自增压燃烧领域的研究主要集中在旋转爆震发动机方面，这和我国中科院进行的研究相似，主要目标还是要研制全新一代的新型涡轮发动机或者改进火箭发动机性能。

但是将爆震冲压技术直接运用到吸气式超燃冲压发动机，并且真正进行了飞行试验，目前为止，有公开报道的，全世界范围内，还只有清航空天一家，只不过他们比较低调的使用了自增压这个说法，没有用爆震发动机这个比较容易引起轰动的词汇，不知道是不是有某种刻意低调的考虑。

目前俄罗斯已经宣布他们使用超燃冲压发动机的“锆石”导弹完成测试，但是这种导弹，按照之前和一些朋友聊天的说法，所谓的吸气式超燃冲压发动机，爆震燃烧，或者自增压式燃烧，因为燃烧室的自增压是会“吸气”的。而现在的超燃冲压发动机，燃烧室会有损失，所以应该叫“泄气式超燃冲压发动机”，那既然是“泄气”了， 性能自然就达不到当初的设想了咯。这也符合俄罗斯几次测试中公布的导弹的实际飞行数据，也就是平均飞行速度5马赫左右，射程500公里左右水平。而如果按照早期理论计算，这种导弹应该能达到至少1000公里以上的射程。

如果按照公开论文中关于爆震超燃冲压发动机性能提高幅度的理论简单计算，那么它的性能不仅可以达到早期理论计算水平，而且还能有较大幅度的提高。如果再考虑到总体设计上的优化，那么我们可以乐观的估计，采用清华团队的发动机技术，中国可以制造出尺寸与俄罗斯“锆石"导弹相似，射程2000-3000公里，平均飞行速度7-8马赫，战斗部从约200公斤提高到约450公斤的导弹。

而如果我们的“东风-100”导弹类似尺寸的导弹，也改用这种新型发动机呢，那它的射程可能提高到4000-5000公里，飞行速度从3-4马赫提升到7-8马赫，同时仍然保留那个令航空母舰胆寒的巨大战斗部。

甚至，如果我们再考虑到将这一技术和之前提到的中科院的新原理涡轮发动机组合一下，搞成某种组合动力系统的话，那么，高超声速洲际巡航导弹就不是开玩笑的事情了。

……

而且，别忘了上面提到的这两家团队都并不是接近于实用阶段的高度保密的团队，他们的试验都已经公布，而美国人已经在去年多次报道了中国高超声速空天飞行器的进展，从事这个项目研究的团队在经费、试验条件方面的优势可不是中科院和清华这两个有点“初创企业”味道的小团队可比的哦。

所以说“过于先进无法展示”的项目到底什么水平呢？咱们说不好，但是“不太先进可以展示”的项目是啥样，大家都看到了，是吧？

当然了，这句话也是开玩笑了，中科院和清华的团队虽小，但是试验的却是下一代技术，和已经成熟，准备投入实用的“国家队”项目并不是一回事。后者需要解决的问题更多更复杂，需要更大的投入，并且需要高度保密，但前者嘛，倒是可以拿出来给人家看看，“嘿，还抱着你那旋转爆震发动机乐哪？那你看看我这是个啥？”

好了，本期节目咱们就到这里，咱们，下回再见！