曾詩博 王佳俊 汪榆傑
脈沖噴氣式發動機，是美國波浪發動機（Wave Engine）公司根據“飛機型無人機可配備不同級别的推進系統”設想，最新開發的裝置。在已有基礎上，該公司正在測試配備J-1發動機的實驗性Scitor-D無人機。
- 研究背景
（1）波浪發動機公司：專精發動機的老字号
波浪發動機公司一直以來着眼于發動機。于1900年代成立開始，該公司的目标就是開發适用于各種飛機的、具有不同特性的脈沖噴氣發動機。随着技術研究的深入，波浪發動機公司在脈沖噴氣式發動機技術上取得了重要的突破。這些突破包括提高燃燒效率、降低噪聲、延長工作壽命等方面。同時，公司開始将脈沖噴氣式發動機技術産品化，通過不斷的實驗和優化，将技術轉化為實際可用的産品。該公司從2016年開始對其自行設計的第一台PuVRD進行台架測試開始，至今不斷獲得國際客戶的支援。
此外，波浪發動機公司還與美國空軍等政府機構進行合作，共同推進脈沖噴氣式發動機技術的發展。在2021年，美國空軍武器司令部授予波浪發動機公司開發多功能空射平台（VALP）的訂單，以進一步展示脈沖噴氣式發動機在軍事領域的應用價值。
（2）脈沖噴氣式發動機：從誕生到巡航飛彈的應用與無人機技術的優解
第一台脈沖噴氣發動機于1867年在俄國誕生，在第二次世界大戰期間，德國将脈沖噴氣發動機應用到V-1式巡航飛彈上，從此脈沖噴氣發動機備受各國關注。進入21世紀，随着無人機技術的廣泛應用，脈沖噴氣發動機技術再次受到關注。美國波浪發動機公司開發的J-1脈沖噴氣發動機就是其中的代表。J-1采用了獨特的設計，可以從靜止狀态産生推力，而不需要像V-1那樣向前推動起飛。這種發動機的簡單結構和低成本，使其成為現代無人機的理想選擇。
這種發動機的工作原理非常簡單。一部分燃料被噴射到燃燒室中進行點火。燃燒産物流過兩個指向飛機尾部的管噴嘴，并産生推力。在直徑較大的地下管中推力大于上管時，後者開始将大氣吸入燃燒室。然後進行新的燃油噴射并重複。這種 VRD 就被稱為脈沖。
脈沖噴氣發動機因其結構簡單、高效燃燒、輕便以及響應速度快等獨特優點，在靶機、飛彈、無人機和航空模型等特定領域具有極高的應用價值。在市場方面，脈動式噴氣發動機市場目前呈現出快速發展的趨勢。随着航空航天、無人機技術的不斷進步和市場需求的增加，脈動式噴氣發動機市場的規模逐漸擴大。在軍事領域，脈動式噴氣發動機具有尤其高的潛力。
二、現有成果及特色優勢
（1）現有成果
Wave Engine公司迄今為止，其已開發出兩種适用于不同量級飛機的發動機。
第一類發動機名為 J-1，适用于起飛重量不超過 200 磅的飛機。它可産生高達 55 磅的推力。第二類則是 K-1 發動機，其優勢是尺寸增大，使得推力達到 220 磅，可裝備重達 1000 磅的高空作業平台。
Wave Engine 的壓噴氣發動機，采用無閥設計，簡化了設計并延長了壽命。可變直徑的 U 形管式裝置的上部具有較小的直徑，但連通着大橫截面的圓柱形燃燒室。下管圓錐形，直徑較大連接配接着末端的噴嘴。同時，專門為新系列發動機開發的電子控制系統，能便于控制燃油供應和整體運作，也是其亮點之一。
為了對J-25 發動機進行飛行測試，Wave Engine 開發了一種名為 Scitor-D 的原創無人機。 2021年宣布開始試飛，并至今仍在不斷與無人機和 PURD互動。Scitor-D 無人機是符合空氣動力學，由可變橫截面的細長機身、略微後掠的機翼、主起落架整流罩和H 形尾部裝置構成。脈動發動機固定在其機身上方，整體較為協調。
目前，實驗性 Scitor-D 無人機攜帶一套簡化的機載裝置。負責指令的接受和執行，以及資料的收集和傳輸。進一步，無人機可能會配備額外的裝置，如攜帶光學或電子偵察裝置，基本不可能載有武器。Scitor-D産品目前的主要任務，不是進行偵察或執行其他實際任務，而是展示PURD的能力。
（2）特色優勢
Wave Engine 正在開發的無閥沖壓發動機，設計感突出，個性明顯，技術參數和總體潛力也十分亮眼，這種發動機的功能水準甚至可以與發電廠相媲美。
PuVRD 能源利用效率非常高，其可以産生的推力更是非常出色。是以，PURD 的速度比帶有螺旋槳的内燃機或電動機更高。在推力名額和所達到的飛行性能特征方面，PuVRD接近渦輪噴氣發動機。但它的設計更加簡單，并且沒有移動部件。是以，PURD适用于需要高推力和相應飛行特性的領域。北美波浪發動機公司認為，此類發動機應該在輕型和中型無人機領域得到應用，也有信心驗證這一潛力。
三、未來展望
目前，脈沖式噴氣發動機市場的發展面臨着一些挑戰。例如，研發和制造成本較高，限制了其大規模應用；技術尚處于初級階段，需要進一步改進和完善等。但随着市場需求的增加和技術的成熟，脈沖式噴氣發動機市場勢必會迎來更多的機遇。
是以，脈沖式噴氣發動機，必将與無人機不斷結合，穩固其在無人駕駛航空領域的地位。美國波浪發動機公司近期發言表示，他們正在“談論該領域未來發展的實踐和期待規劃，希望展示脈沖式噴氣發動機的潛力，并确定它們在無人駕駛航空領域的真正能力。”
随着各國對脈沖式噴氣發動機的關注，以及Wave Engine等相關公司的近一步開發研究，脈沖式噴氣發動機的各種型号不斷豐富必定是大勢所趨，也将在提高性能、降低排放、增強可靠性、實作智能化和數字化以及研究新型燃料等多個方向進行近一步創新發展，這些無疑也有助于推動無人機技術的進步。
可以設想，脈沖式噴氣發動機驅動的無人機，在軍事領域大放異彩的場景。在無人航空領域，更多不同類型和功能的無人機将或許會成為現實。例如，小型無人機借助更大的推力，能夠攜帶更多有效的貨物、武器，更快更靈活地躲避敵人的防空系統，極大提升軍隊的作戰能力。同時，脈動空氣反應發動機的大牽引力、高速度以及設計的簡單性都預示着發動機更新換代的趨勢。未來，該發動機可以應用于需要高的牽引力和飛行特征，但需要簡化和更便宜的設計的領域，例如将此發動機應用于輕型和中型無人機領域。然而需要引起重視的是，脈沖式噴氣發動機噪音大、隻适于低速飛行、飛行高度有限等缺點仍亟待解決。
未來，此類發動機究竟何去何從，值得我們拭目以待。