脉冲式喷气发动机

脉冲式喷气发动机（Aeropulse）是不进行机械压缩的一种间歇流动定容燃烧式喷气发动机。

脉冲式喷气发动机起源于第二次世界大战，于1944年被纳粹德国发明出来，曾被用于推进世界上第一种巡航导弹德国V-1导弹。当代，脉冲式喷气发动机主要用于航空航天、军事、农业等领域。

脉冲式喷气发动机可分为有阀脉冲式喷气发动机和无阀脉冲式喷气发动机。早期的有阀脉冲式喷气发动机工作原理是通过控制阀门来进行反复地喷流推进，而无阀脉冲式喷气发动机是在有阀的基础上衍生而来。

脉冲式喷气发动机具有燃烧强度高、燃烧效率高、污染小、结构紧凑等突出优点，但也存在噪声大、寿命短、操作繁琐等缺陷。

简史

脉冲喷气发动机的历史可以追溯到早期的航空探索时期。基于燃烧产生推力的原理，早期科学家们开始尝试通过周期性燃烧产生推力，这种尝试为脉冲喷气发动机的发展奠定了基础。随着技术的进步，脉冲喷气发动机的设计逐渐得到了改进和优化。脉冲式喷气发动机起源于第二次世界大战。1944年，纳粹德国发明了脉冲式喷气发动机，该发动机被用于推进世界上第一种巡航导弹德国V-1导弹。当时，纳粹德国利用V-1导弹成功地对伦敦进行了轰炸。

第二次世界大战后，尤其是20世纪50至60年代，世界进入第一代反舰导弹发展时期。当时反舰导弹的典型特征就是沿用了V-1导弹的“一”字飞机式气动布局，采用脉冲式喷气发动机或涡喷发动机，如瑞典的“罗伯特315”（舰对舰）等型号。2021年6月22日，韦夫(Wave)发动机公司获得美国空军武器管理局授予的一份价值100万美元的合同，用以制造和验证一个以该公司的脉冲喷气发动机为动力的空中诱饵。

工作原理

脉冲式喷气发动机是不进行机械压缩的一种间歇流动定容燃烧式喷气发动机。在空气入口处有一振动式逆止阀，此阀在发射装置或助推器初速的冲压下打开，当喷成雾状的燃料在流入燃烧室的空气中燃烧时，压力上升，将此阀关闭，使燃气通过后面的喷尾管喷出。由于排气而压力下降时，阀再次被冲压打开，空气流入，这样反复进行喷流推进。这一循环是由这一系统的固有频率（与音速和导管长度有关）来决定的。在0.5马赫左右的情况下使用时，有结构简单、燃料的限制小等优点，但由于逆止阀的耐久性、燃料消耗、振动噪声等使其用途受到限制。

脉冲式喷气发动机的特征是反冲推力周期性地急骤变化，其燃烧过程是间歇式进行。主要有两种，其一是进气口装有格栅，上面有瓣状活门，当有负压差时活门被向内掀开，一定量的空气流入发动机与燃料混合燃烧。另一种是带自动进气活门或频率调谐喷管，以便在两次点火之间逐渐增强压力，使其在中等空速飞行时以合理的经济性产生推力，发动机内发生燃烧及纵波的周期性变动，使功率随之变化。

基本分类

脉冲式喷气发动机可分为有阀脉冲式喷气发动机和无阀脉冲式喷气发动机。有阀脉冲式喷气发动机属于早期的发动机，结构简单，但由于寿命短、噪声极大和操作繁琐，模型飞机上几乎不用。无阀脉冲式喷气发动机是在有阀式脉冲喷气发动机原理上改进而来的。由于没有阀片，其工作寿命被大大增加，工作稳定性也得以提高，适用于各种航空模型中。

基本构造

有阀

脉冲式喷气发动机的主要零件是扩压管、进气活门栅组件、燃烧室和尾喷管。

空气通过扩压管冲入发动机。高速空气进入一个逐渐扩张管道，气流速度下降而压力提高。

进气活门栅组件是由许多舌形阀或薄片式进气活门组成。这个薄片式进气活门有与二冲程发动机簧片阀相似的弹簧钢片。燃烧时燃烧压力克服了空气的冲力，使这些钢片弹簧关闭。燃烧后，空气冲入使活门打开。这些薄片式活门是发动机脉动运转的关键。进气活门栅组件还包括燃烧喷嘴和喉管，两者全正好位于薄片式活门后边。燃烧喷入空气流中，喉管保证良好的混合。

燃烧室是燃烧气体的膨胀区。最初用火花塞点火引燃，一旦发动机运行起来，火花塞就停止工作。从尾喷管返回的火焰点燃后来的燃料充量。

逐渐缩小截面的尾喷管使排气加速。尾喷管的长度决定了每秒钟循环的次数。尾管越短循环的频率越高。

无阀

脉冲式喷气发动机结构简单，加工方便，并比普通内燃机发动机高的燃烧效率，相比早期的脉冲式喷气发动机而言，后来的无阀式发动机没有阀片，因而工作寿命被大大增加，工作稳定性也得以提高，故适用于各种航空模型中。无阀式脉冲喷气发动机是在有阀式脉冲喷气发动机原理上改进而来的，这种发动机与有阀脉冲发动机一样，需要用打气筒或压缩气瓶充气，气体与喷油嘴喷出的燃油混合进入燃烧室，被火花塞产生的电火花引燃，产生高温而使气体急剧膨胀。因为燃烧室后接一个细长的喷管，进气管又细小，所以燃烧室内压力急剧增大。在此压力下，高温燃气大部分从喷管喷出，燃烧室内压力迅速减小，由此产生的压力差使新鲜燃气重新进入燃烧室，并使部分燃气回流点燃新鲜燃料，完成工作循环。

主要特点

优点

脉冲式喷气发动机具有燃烧强度高、燃烧效率高、污染小、结构紧凑等突出优点。

缺点

脉冲式喷气发动机存在噪声大、寿命短、操作繁琐等缺陷。这种发动机只适于低速飞行（速度极限约为每小时640～800公里），飞行高度也有限，单向活门的工作寿命短，加上振动剧烈，燃油消耗率大等缺点，使得它的应用受到限制。

应用领域

军事领域

脉冲式喷气发动机应用于靶机、直升飞机旋翼叶端部驱动、模型飞机等。1944年，世界上最早的巡航导弹——V-1导弹研制成功，定名为FAG-78。V-1导弹弹长7.6米，弹重2.2吨，最大直径0.82米，翼展5.5米，弹内动力系统是由1台“百眼巨人”A5-014脉冲式喷气发动机来完成。

农业领域

常见的热烟雾机主要由脉冲式喷气发动机、药液箱、供药管路、烟化管和机架等部件组成。脉冲式喷气发动机主要由燃烧室、供油系统和点火系统组成。热烟雾机工作时，由脉冲式喷气发动机产生的高温气体从尾管经烟化管高速喷出。与此同时，供药系统将药液按一定的剂量压送至烟化管内与高温高速气流混合，在汇合的瞬间，药液即被蒸发或裂化，形成烟雾病从烟化管的末端喷出，并迅速扩散和弥漫，与靶标接触。

发展趋势

2021年6月22日，韦夫(Wave)发动机公司获得美国空军武器管理局授予的一份价值100万美元的合同，用以制造和验证一个以该公司的脉冲喷气发动机为动力的空中诱饵。

2024年3月，美国WaveEngine公司开始测试一款装载脉冲喷气发动机的无人机Scitor—D。根据官方数据，Wave Engine公司的脉冲喷气发动机是一种使用压力波而不是旋转机械运行的发动机，其工作原理是通过空心管内的间歇燃烧产生压力波，推动热气体并产生推力。这种发动机具有无动部件、高喷气性能和全权数字电子控制（FADEC）等优点，能够在一个低成本高效的动力装置中提供高性能的推进力。

参考资料

听“学霸”来聊聊飞机的“心脏”——航空发动机的进化史.南京航空航天大学航天学院科普团队.2024-09-21

无人机发动机，为什么应该是它？.新民周刊.2024-09-25

美国空军资助研发以脉冲喷气发动机为动力的空中诱饵.航空动力.2024-09-25