 压缩比分别为 2 和 10 时爆震循环 Detonation cycle (蓝线) 与布雷顿循环 Brayton cycle (红线) 的压力-容积曲线，爆震循环的优越性显而易见。   旋转爆震发动机 (Rotating Detonation Engine, RDE) 原理模型。   燃气轮机 (下) 以多级动力涡轮 (图中右侧的六个大 “轮子”) 捕获燃气能量，将其转化为轴功率。涡喷发动机 (上) 的动力涡轮为满足驱动压缩机的需求而存在，燃气能量主要用于产生推力。 现役喷气发动机/燃气轮机均使用布雷顿循环，其基本工作步骤为: 1. 压缩进气 2. 压缩空气-燃料混合物定压燃烧 (开放式燃烧室而非封闭式气缸) 3. 燃气从喷管排出，产生推力/驱动动力涡轮  原理相对简单的脉冲爆震发动机 (Pulse Detonation Engine, PDE) 首先得到关注，已有原型机升空测试，在 30 米高度持续工作了 10 秒钟。 尽管概念看似简单，脉冲爆震发动机实际操作起来却有很大的难度。燃料-空气混合物点火之初实际上处于爆燃状态，需要经过高度复杂且尚未被充分理解的爆燃-爆震转换 (deflagration-to-detonation transition, DDT) 过程加速至超音速爆震状态，频繁反复地触发爆震过程实非易事。而要提供近似持续的推力以避免飞机在空中 “抽风”，脉冲爆震发动机需以 20-100 赫兹频率长期运转，这里面的工程挑战可想而知。此外，理论上脉冲爆震发动机的燃气能量亦可被动力涡轮捕获，从而转化为轴功率，但脉冲式的排气造成涡轮受力不稳定，将牵一发而动全身地造成一系列问题。 与脉冲爆震发动机不同，旋转爆震发动机只需点火一次，其后只要保证空气和燃料混合物的供应，爆震前沿 (示意图中红色部分) 便可在环形燃烧室内老驴拉磨般循环往复，生生不息，从而避免了重复触发爆震过程的技术困难。旋转爆震发动机可提供持续稳定的推力，易于实现与动力涡轮的耦合，原则上可直接替代现役喷气发动机/燃气轮机的核心机 (实际上当然需要针对爆震循环的特性重新设计，正如核动力系统不能照搬由重油/柴油锅炉驱动的蒸汽轮机一样)。爆震前沿的旋转运动不可避免地造成了一定的能量损失，但旋转爆震发动机省去了与脉冲爆震工作方式相关的诸多子系统，又能轻松地与动力涡轮-压缩机系统整合，提高进气压力，使燃料的能量释放更为充分，整体能效极具竞争力。模拟显示旋转爆震发动机的实际能效可高至爆震循环能效理论极限的 89%。 旋转爆震发动机自然也非无懈可击，其燃烧室须容纳高温高压的爆震前沿，对材料性能提出了极为苛刻的要求。爆震前沿靠近燃料-空气混合物注入器 (示意图中的黄色圆柱体) 喷嘴，存在燃料-空气混合物受爆震前沿冲击而逆流的风险。此外，该概念尚处于胚胎期，理论基础比脉冲爆震发动机更加薄弱，设计工作只能摸着石头过河。不论是 PDE 还是 RDE，在功德圆满之前皆仍需渡过无数险滩，翻越重重高山，烧掉不计其数的金钱。爆震发动机很可能代表着吸气式化学能航空动力系统的未来，却绝非某些人想象中的赶超捷径。 |
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