亞洲特快：清華大學的先進衝壓發動機，有多先進？_風聞

各位朋友大家好，歡迎收看本期《亞洲特快》，2022年1月24日，清華大學發佈新聞，稱清華大學航空航天學院王兵教授團隊進行了自主研發的新型發動機試驗。

從他們發佈的新聞內容來看，這是使用一種火箭實驗平台進行的實驗，試驗飛行器是一個兩級火箭，其第二級火箭前端安裝了一個試驗用的衝壓式發動機，在火箭升空並達到預定測試速度後，這個衝壓式發動機點火燃燒，隨後展開降落傘着陸回收。

僅僅從這一點來看，似乎這枚火箭並不是十分出奇，儘管新聞報道稱，這種新型發動機在新型空天動力領域躋身世界前列，但似乎也沒有引起大家過分的關注。

畢竟目前超燃衝壓發動機國內也已經有多個團隊正在進行試驗，乃至於其中一些項目可能已經接近於實際運用。

而有些格外不着調的自媒體，已經開始拿起幾年前的“星空2”號乘波體飛行器試驗，給這種並沒有動力的滑翔體“安上”了發動機，並且開始裝模作樣的談論起它的發動機技術水平，然後故作神秘的告訴大家”清航壹號”試驗任務水平比星空2號更高……這就十分搞笑了。

其實星空2號乘波體顯然並不是我國真正的第一個乘波體，其實它首次測試的時候我們就説了，其實當時已經在團隊自己發表的聲明裏説了這是他們自己的第一個乘波體，而實際上在這個團隊之外，我國的“國家隊”或者其他院校的團隊是否有類似，或者更高水平的乘波體，報道並沒有説過，後來在媒體廣泛轉發的過程中就把這個事情給説成了“我國第一個乘波體”……實際上在東風-17導彈公開亮相後大家應該就已經知道是怎麼回事了。

由於我國嚴格的保密制度，很多從事相關研究的團隊其實也只能發表語焉不詳的內容，來表述自己的成果水平，但是他們顯然無法控制媒體的解讀，尤其是對於相關領域缺乏瞭解的自媒體的“二次創作”，至於出來糾正這些報道的偏差，那就更不可能了。

到目前為止我們對此也沒有辦法，只能儘可能做客觀的解讀啦。

當然了列車長知識水平肯定也遠達不到專業高度，所以也只能説，我儘可能去搜索相關的公開資料，但是仍然難以避免其中有些地方可能出現外行的望文生義和誤解，如果有錯誤還望有了解相關專業的朋友指教。

那麼這裏我們首先就要看這次“清航壹號”試驗任務相關報道中提到試驗設計的關鍵詞。

在清華大學公佈的新聞中，提到的第一個關鍵詞：“自增壓燃燒技術”。

其實當代中文科技詞彙在一些特定文字的翻譯上還是存在一些問題，比如“增壓”，這個詞在不同的場合表述的意思其實有所區別。

比如我們現在開的車，很多都有“渦輪增壓”，但是這裏的“增壓”和“自增壓燃燒”中的“增壓”並不是一個意思。

它們的英語原詞可能反而比較容易看出兩者的區別，我們一般的“增壓引擎”中的增壓，一般是”Supercharged”，或者“forced induction”，而如果採用的是渦輪增壓，那麼就是Turbo charged，意思是在內燃機當中提高進入氣缸的氣體壓力，增加氧化劑，提高燃燒效率。

而在航空發動機領域，現在的噴氣式發動機都用渦輪發動機，天然Turbo啊，但是經常看到有些人誤以為自己車上裝的是渦輪發動機……這就搞笑了是吧，當然你如果開的是T-80U坦克，那就當我沒説吧。

但是在“自增壓燃燒”，或者“增壓燃燒”概念當中，它的英語寫作Pressure-gain combustion，直接翻譯的話就是“獲得壓力的爆震”，換言之，這是一種爆震燃燒技術。

爆震技術之前咱們在介紹中科院相關技術突破成果的時候提過一嘴，用我淺薄的理解來説，就是拉長爆炸的過程，或者使得爆炸連續的發生，因為爆炸實際上也是一種燃燒，而這種燃燒的效率遠高於我們通常理解的燃燒。

而自增壓恰恰是爆震燃燒的特點之一，具體的原理呢，大家有興趣可以學習相關知識吧，畢竟這裏面涉及到的公式和概念啊，對於我這個文科生來説，那也是有點“他認識我，我不認識他”的意思是吧。這裏呢，我用它能夠實現的效果來給大家解釋，就比如，如果我們能夠用自增壓燃燒取代常規的燃燒，那麼現有的渦輪噴氣式發動機就不再需要高壓渦輪和壓氣機，只需要低壓渦輪，直接讓空氣進入燃燒室，然後燃燒過程直接就可以獲得增壓效果。

也正是由於這種前景，目前的航空發動機領域，各國正在努力實現突破的“第六代”發動機是指變循環發動機，而第七代發動機，那就是要運用爆震燃燒，或者叫自增壓燃燒或者叫超聲速燃燒，反正都差不多是一個概念。這也就是之前我們提到中科院相關研究中提到的，那個新原理發動機。

能夠一下子減少多個重要的發動機部件，意味着整個發動機的效率可以大大提高，重量可以大大減輕，油耗可以大大減少，而如果用在衝壓式發動機上，還可以獲得更高的飛行速度，而這也正是這次清華大學王兵團隊的試驗中所測試的技術。

這個技術前景這麼美好，自然早就有人注意到了，實際上早在二戰前，一些技術先進國家就已經開始研究相關技術，二戰中納粹德國就提出過製造脈衝震爆發動機的想法，當然實際上最後只留下了一些什麼別隆採圓盤之類的傳説，實際上試驗並沒有取得成功。

簡單來説，幾十年來人類未能實現爆震發動機，或者説自增壓燃燒發動機技術的主要問題，還是在工程方面的，如何設計一種方式，能夠拉長爆震條件的過程，或者週期性的實現爆震，還要把這個爆炸限制在一個不超過人類掌握的製造發動機的材料能承受的限度之內……一言以蔽之，就是非常難。所以人們提出了各種各樣“或許可行”的原理，

比較老的有脈衝爆震發動機原理、連續旋轉爆震發動機原理，比較新的呢，是目前中國多家院所正努力突破的斜爆震原理，還有俄羅斯的超聲速脈衝爆震衝壓發動機原理，以及最新的，基於爆震燃燒的超燃衝壓發動機。

某種角度來説爆震燃燒就是化學能領域的可控核聚變，從幾十年前起大家就在各自提出不同的理論希望能夠實現，但是一直都沒能實現，這中間各種設計原理，什麼磁約束啊、慣性約束啊、激光點火啊、託卡馬克啊、Z箍縮啊，提出了好多好多，但是真正能夠實用的呢， 目前為止都還沒有。

當然爆震燃燒沒有核聚變那麼難，2011年後，各國在這一領域都有所突破，一系列的新的試驗開始進行。

我們去搜一下相關的新聞就可以看到，國外近年來出現了不少關於旋轉爆震發動機，或者脈衝爆震發動機取得突破，並且開始進行地面試車的消息。

那麼從相關論文，以及清華大學這次報道的內容來看，我們可以推測，這次他們試驗的技術，應該是基於爆震燃燒的超燃衝壓發動機原理，這個倒是個新玩意。

那麼這個技術能帶來什麼好處呢？其實從之前美國X-51等超燃衝壓發動機試驗的結果來看，現在的超燃衝壓發動機的推力性能遠遠低於早期理論計算，主要原因之一就是理論計算是按照發動機燃燒室內進行等壓燃燒為基礎，但實際上很難實現這一點，而爆震燃燒具備的自增壓特點將意味着革命性的變化。

實際上在2021年9月清航空天公司就已經發表了該團隊進行發動機地面試車的新聞，當時他們就表示，基於自增壓燃燒技術，可以用於替換現有所有航空發動機的燃燒室組件，包括衝壓、火箭及渦輪發動機。

當時的新聞裏提到，清航空天公司表示，新型的自增壓衝壓發動機最大特點就是有效降低飛行所需燃料，2022年將會有初步的產品問世，那這個自然説的也就是這次的飛行試驗了。

而未來呢，他們希望將自增壓燃燒技術運用到火箭發動機方面，就可以用更小型的發動機得到更大的推力，而從他們展示的試驗裝置的外形來，將爆震燃燒技術運用到渦輪發動機和火箭發動機方面的地面試驗，應該都在進行了。

此外這次試驗的新聞中還提到，這次飛行試驗的飛行載具設計和任務實施，是由另一家公司進行，也就是北京凌空天行科技有限責任公司，而這家公司也正是此前廈門大學"嘉庚一號“火箭試驗的實施方。

那麼從這些信息我們也可以看出，清航空天的團隊，是中國發展民營航天，或者説軍民融合發展戰略的產物，應該説目前還算不上國家隊。清航空天公司也説過，他們的目標是設立國家實驗室，但目前應該説他們依然應該説是掌握了一種領先核心技術的小團隊的模式來發展的，至於試驗所需要的火箭、測控等基礎技術，團隊不需要投入太大力量，主要還是靠商業“外包"方式來獲得，團隊只要做好自己最核心的這部分技術就可以了。

這正是中國目前很有意思的一個發展路線，讓很多財力、物力有限的小團隊能用相對較低的成本，對一些有潛力的先進技術進行驗證，應該説某種意義上來説，可以説是“華強北”模式在航空航天領域的運用。相比之下，美國那個世界著名的DARPA的玩法，是向每個團隊給予2億美元，5年時間的方式來促進新技術發展，在現在這個時代似乎，DARPA的模式甚至可以説顯得已經有些過於龐大笨拙了。

自增壓燃燒技術當然是很牛，但是我們這裏就不強調這一技術多麼領先世界，可能帶來如何革命性的變化了，清航自己也説了，雖然原理很厲害，但是具體到這次的發動機呢， 主要的優勢其實是省油。

當然省油已經很厲害了， 意味着如果用來做導彈的話，射程可以更遠，載荷可以更大，但是他們並沒有提到飛行速度可以更高，雖然從原理上來説當然也可以。但顯然那是下一步的目標了。

不過我們的超燃衝壓發動機已經開始考慮省油的問題了，各位覺得這意味着什麼呢？

那當然，我們也不能過於驕傲，咱們不吹不黑，看一看世界範圍內，自增壓燃燒技術發展到什麼程度，清華團隊所説的躋身世界先進水平，究竟是什麼水平？

我們搜索了一下相關的關鍵詞，2021年關於自增壓燃燒技術的新聞有，日本在2021年8月27日從種子島航天中心發射S-520探空火箭，該火箭攜帶了試驗性的脈衝爆震火箭發動機，成功產生了500牛的推力。

2021年11月12日，位於美國加利福尼亞的爆震太空公司宣佈他們的旋轉爆震火箭發動機首次進行了地面測試，取得7千牛推力。

再綜合稍早前其他相關的新聞，我們可以看到，目前為止，美國、日本、歐盟，俄羅斯等國在自增壓燃燒領域的研究主要集中在旋轉爆震發動機方面，這和我國中科院進行的研究相似，主要目標還是要研製全新一代的新型渦輪發動機或者改進火箭發動機性能。

但是將爆震衝壓技術直接運用到吸氣式超燃衝壓發動機，並且真正進行了飛行試驗，目前為止，有公開報道的，全世界範圍內，還只有清航空天一家，只不過他們比較低調的使用了自增壓這個説法，沒有用爆震發動機這個比較容易引起轟動的詞彙，不知道是不是有某種刻意低調的考慮。

目前俄羅斯已經宣佈他們使用超燃衝壓發動機的“鋯石”導彈完成測試，但是這種導彈，按照之前和一些朋友聊天的説法，所謂的吸氣式超燃衝壓發動機，爆震燃燒，或者自增壓式燃燒，因為燃燒室的自增壓是會“吸氣”的。而現在的超燃衝壓發動機，燃燒室會有損失，所以應該叫“泄氣式超燃衝壓發動機”，那既然是“泄氣”了， 性能自然就達不到當初的設想了咯。這也符合俄羅斯幾次測試中公佈的導彈的實際飛行數據，也就是平均飛行速度5馬赫左右，射程500公里左右水平。而如果按照早期理論計算，這種導彈應該能達到至少1000公里以上的射程。

如果按照公開論文中關於爆震超燃衝壓發動機性能提高幅度的理論簡單計算，那麼它的性能不僅可以達到早期理論計算水平，而且還能有較大幅度的提高。如果再考慮到總體設計上的優化，那麼我們可以樂觀的估計，採用清華團隊的發動機技術，中國可以製造出尺寸與俄羅斯“鋯石"導彈相似，射程2000-3000公里，平均飛行速度7-8馬赫，戰鬥部從約200公斤提高到約450公斤的導彈。

而如果我們的“東風-100”導彈類似尺寸的導彈，也改用這種新型發動機呢，那它的射程可能提高到4000-5000公里，飛行速度從3-4馬赫提升到7-8馬赫，同時仍然保留那個令航空母艦膽寒的巨大戰鬥部。

甚至，如果我們再考慮到將這一技術和之前提到的中科院的新原理渦輪發動機組合一下，搞成某種組合動力系統的話，那麼，高超聲速洲際巡航導彈就不是開玩笑的事情了。

……

而且，別忘了上面提到的這兩家團隊都並不是接近於實用階段的高度保密的團隊，他們的試驗都已經公佈，而美國人已經在去年多次報道了中國高超聲速空天飛行器的進展，從事這個項目研究的團隊在經費、試驗條件方面的優勢可不是中科院和清華這兩個有點“初創企業”味道的小團隊可比的哦。

所以説“過於先進無法展示”的項目到底什麼水平呢？咱們説不好，但是“不太先進可以展示”的項目是啥樣，大家都看到了，是吧？

當然了，這句話也是開玩笑了，中科院和清華的團隊雖小，但是試驗的卻是下一代技術，和已經成熟，準備投入實用的“國家隊”項目並不是一回事。後者需要解決的問題更多更復雜，需要更大的投入，並且需要高度保密，但前者嘛，倒是可以拿出來給人家看看，“嘿，還抱着你那旋轉爆震發動機樂哪？那你看看我這是個啥？”

好了，本期節目咱們就到這裏，咱們，下回再見！