曾诗博 王佳俊 汪榆杰
脉冲喷气式发动机，是美国波浪发动机（Wave Engine）公司根据“飞机型无人机可配备不同级别的推进系统”设想，最新开发的装置。在已有基础上，该公司正在测试配备J-1发动机的实验性Scitor-D无人机。
- 研究背景
（1）波浪发动机公司：专精发动机的老字号
波浪发动机公司一直以来着眼于发动机。于1900年代成立开始，该公司的目标就是开发适用于各种飞机的、具有不同特性的脉冲喷气发动机。随着技术研究的深入，波浪发动机公司在脉冲喷气式发动机技术上取得了重要的突破。这些突破包括提高燃烧效率、降低噪声、延长工作寿命等方面。同时，公司开始将脉冲喷气式发动机技术产品化，通过不断的实验和优化，将技术转化为实际可用的产品。该公司从2016年开始对其自行设计的第一台PuVRD进行台架测试开始，至今不断获得国际客户的支持。
此外，波浪发动机公司还与美国空军等政府机构进行合作，共同推进脉冲喷气式发动机技术的发展。在2021年，美国空军武器司令部授予波浪发动机公司开发多功能空射平台（VALP）的订单，以进一步展示脉冲喷气式发动机在军事领域的应用价值。
（2）脉冲喷气式发动机：从诞生到巡航导弹的应用与无人机技术的优解
第一台脉冲喷气发动机于1867年在俄国诞生，在第二次世界大战期间，德国将脉冲喷气发动机应用到V-1式巡航导弹上，从此脉冲喷气发动机备受各国关注。进入21世纪，随着无人机技术的广泛应用，脉冲喷气发动机技术再次受到关注。美国波浪发动机公司开发的J-1脉冲喷气发动机就是其中的代表。J-1采用了独特的设计，可以从静止状态产生推力，而不需要像V-1那样向前推动起飞。这种发动机的简单结构和低成本，使其成为现代无人机的理想选择。
这种发动机的工作原理非常简单。一部分燃料被喷射到燃烧室中进行点火。燃烧产物流过两个指向飞机尾部的管喷嘴，并产生推力。在直径较大的地下管中推力大于上管时，后者开始将大气吸入燃烧室。然后进行新的燃油喷射并重复。这种 VRD 就被称为脉冲。
脉冲喷气发动机因其结构简单、高效燃烧、轻便以及响应速度快等独特优点，在靶机、导弹、无人机和航空模型等特定领域具有极高的应用价值。在市场方面，脉动式喷气发动机市场目前呈现出快速发展的趋势。随着航空航天、无人机技术的不断进步和市场需求的增加，脉动式喷气发动机市场的规模逐渐扩大。在军事领域，脉动式喷气发动机具有尤其高的潜力。
二、现有成果及特色优势
（1）现有成果
Wave Engine公司迄今为止，其已开发出两种适用于不同量级飞机的发动机。
第一类发动机名为 J-1，适用于起飞重量不超过 200 磅的飞机。它可产生高达 55 磅的推力。第二类则是 K-1 发动机，其优势是尺寸增大，使得推力达到 220 磅，可装备重达 1000 磅的高空作业平台。
Wave Engine 的压喷气发动机，采用无阀设计，简化了设计并延长了寿命。可变直径的 U 形管式装置的上部具有较小的直径，但连通着大横截面的圆柱形燃烧室。下管圆锥形，直径较大连接着末端的喷嘴。同时，专门为新系列发动机开发的电子控制系统，能便于控制燃油供应和整体运行，也是其亮点之一。
为了对J-25 发动机进行飞行测试，Wave Engine 开发了一种名为 Scitor-D 的原创无人机。 2021年宣布开始试飞，并至今仍在不断与无人机和 PURD交互。Scitor-D 无人机是符合空气动力学，由可变横截面的细长机身、略微后掠的机翼、主起落架整流罩和H 形尾部装置构成。脉动发动机固定在其机身上方，整体较为协调。
目前，实验性 Scitor-D 无人机携带一套简化的机载设备。负责命令的接受和执行，以及数据的收集和传输。进一步，无人机可能会配备额外的设备，如携带光学或电子侦察设备，基本不可能载有武器。Scitor-D产品目前的主要任务，不是进行侦察或执行其他实际任务，而是展示PURD的能力。
（2）特色优势
Wave Engine 正在开发的无阀冲压发动机，设计感突出，个性明显，技术参数和总体潜力也十分亮眼，这种发动机的功能水平甚至可以与发电厂相媲美。
PuVRD 能源利用效率非常高，其可以产生的推力更是非常出色。因此，PURD 的速度比带有螺旋桨的内燃机或电动机更高。在推力指标和所达到的飞行性能特征方面，PuVRD接近涡轮喷气发动机。但它的设计更加简单，并且没有移动部件。因此，PURD适用于需要高推力和相应飞行特性的领域。北美波浪发动机公司认为，此类发动机应该在轻型和中型无人机领域得到应用，也有信心验证这一潜力。
三、未来展望
目前，脉冲式喷气发动机市场的发展面临着一些挑战。例如，研发和制造成本较高，限制了其大规模应用；技术尚处于初级阶段，需要进一步改进和完善等。但随着市场需求的增加和技术的成熟，脉冲式喷气发动机市场势必会迎来更多的机遇。
因此，脉冲式喷气发动机，必将与无人机不断结合，稳固其在无人驾驶航空领域的地位。美国波浪发动机公司近期发言表示，他们正在“谈论该领域未来发展的实践和期待规划，希望展示脉冲式喷气发动机的潜力，并确定它们在无人驾驶航空领域的真正能力。”
随着各国对脉冲式喷气发动机的关注，以及Wave Engine等相关公司的近一步开发研究，脉冲式喷气发动机的各种型号不断丰富必定是大势所趋，也将在提高性能、降低排放、增强可靠性、实现智能化和数字化以及研究新型燃料等多个方向进行近一步创新发展，这些无疑也有助于推动无人机技术的进步。
可以设想，脉冲式喷气发动机驱动的无人机，在军事领域大放异彩的场景。在无人航空领域，更多不同类型和功能的无人机将或许会成为现实。例如，小型无人机借助更大的推力，能够携带更多有效的货物、武器，更快更灵活地躲避敌人的防空系统，极大提升军队的作战能力。同时，脉动空气反应发动机的大牵引力、高速度以及设计的简单性都预示着发动机更新换代的趋势。未来，该发动机可以应用于需要高的牵引力和飞行特征，但需要简化和更便宜的设计的领域，例如将此发动机应用于轻型和中型无人机领域。然而需要引起重视的是，脉冲式喷气发动机噪音大、只适于低速飞行、飞行高度有限等缺点仍亟待解决。
未来，此类发动机究竟何去何从，值得我们拭目以待。