PuVRD-兼具经济与性能的自杀式无人机新引擎

  最近，俄罗斯在乌克兰的特别军事行动屡屡取得突破，其中自杀式无人机的大量应用与战法创新，再一次改变了战争的形式——在未来的现代化战争中，无人作战将会成为主导。城镇等复杂的地形中，无人机的灵活性、成本、载弹量等因素将极度依赖于发动机。找到一种合乎条件，可以大量生产的发动机，便成了各国迫在眉睫的问题。这时，二战中V-1导弹所装配的脉冲吸气式发动机（PuVRD），在沉寂许久后，再次回到了装备研究的前沿，有望在保持无人机性能的同时降低其生产所带来的成本。那么PuVRD的发展历史与原理几何？PuVRD最近在多国的研究与应用有哪些进展？PuVRD在未来的战争中将会拥有怎样的地位？

  在第二次世界大战期间，脉冲喷气式发动机（PuVRD）就已被应用于V-1导弹中，并在战场上发挥了至关重要的作用。纳粹德国利用这一技术制造了巡航导弹与无人机，对英国进行了轰炸。然而，由于多种弹头适用性不足，以及相较于涡轮喷气发动机在负荷强度上的稍显不足，该技术被德国搁置，并在多国未得到足够重视。尽管如此，PuVRD仍为后来喷气式发动机的发展作出了突出贡献，但其历史地位并未因此得到非常明显提升。

  当时，直流喷气式发动机在战场上扮演了更重要的角色，而脉冲喷气式发动机则沦为了历史舞台上的配角，甚至被排挤了出去。但随时代的发展，各国普遍倾向于发展更为经济实用、具有更大发展前景的脉冲吸气式发动机。新型的涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机蒸蒸日上，多个国家也在进行有关研究，并取得了显著成果。

  PuVRD的工作原理相对简单：燃料被投放至燃烧室并点燃，燃烧产物流经两个管喷嘴，产生高速气流并形成较为强大推力。在某一时刻，直径较大的下管中的推力会超过上管中的推力，上管随后将气体吸入高温燃烧室，循环继续。由于燃料并非持续使用且没有连续闪光，这种VRD被称为脉动。

  与其他类型的喷气发动机相比，PuVRD就没有运动部件，制造成本在某些特定的程度上会降低。但是，对于PuVRD来说，由于其在燃烧室中的化学作用跟弹道导弹有些类似，其运输罐必须包含燃料与氧化剂，这就直接引发了质量的变化与成本的增加，对射程等作战性能也会有影响。

  但是，脉冲喷气式发动机的优势到底体现在哪里？它独特的结构、简单的构造为它和无人机的结合奠定了重要的基础，使无人机的稳定性与适用性、机动性都得到了很大的提升，其对推力的精确控制，让导弹的打击更具威慑力。同时，脉冲喷气式发动机如果能大幅度降低其噪声干扰，那么其对旁边的环境的影响将会减小，作战性能将会更为优越。而在这个局势复杂的世界，要想更好的发展无人系统，PuVRD应成为研究的一个重点。

  随着俄乌冲突的持续，无人机的使用与相关战法持续不断的发展，其需求量也呈现爆发式增长。如何获得速度更快、载弹量更多、成本更低的无人机，变成全球各国争相研究的热点。美俄在PuVRD脉冲喷气发动机领域的竞争逐渐白热化。

  2024年3月初，美国创业公司波浪引擎Wave Engine Corp.（WAVE）测试了一款装载脉冲喷气发动机的无人机Scitor-D，并公布了测试视频。Scitor-D拥有修长的机身和3.5米的翼展，采用固定装置将脉冲发动机置于机体上方。其尾翼呈“H”形设计，可有很大效果预防干扰发动机的正常运行。该无人机最高飞行速度可达370km/h。

  Scitor-D的特殊推进器引起了国际社会的广泛关注——其搭载的重达90公斤的新型J-1（PuVRD）发动机采用了压力波推进技术，而非旋转机械运行产生推力。该发动机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。具有无动部件、高喷气性能和全权数字电子控制（FADEC）等优点，能够在低成本高效的动力装置中提供高性能的推进力。现行的J-1 （PuVRD）发动机推力高达245N，可使用汽油、煤油或生物乙醇等液体燃料运行。但WAVE公司的发展远不止于此，他们正在开发K-1型脉冲喷射引擎，预计可将推力提升至979N。

  Wave Engine Corp.表示，通过新设计，Scitor-D无人机的脉冲喷射引擎在油耗方面与结构更复杂的涡轮引擎相近，但制造成本更为低廉。以脉冲喷射引擎为动力的无人机非常有潜力作为自杀无人机或诱饵靶机，并可低成本大量生产。该公司已与美国空军装备局签订合同，为美国空军开发对未来航空和空战至关重要的技术。他们计划利用这种发动机技术设计和打造一种多功能空射平台（VALP），大多数都用在诱饵等多任务。这种VALP展示了高性能、低成本的推进器在下一代高性能飞行器中的潜力。

  然而，美国公司WAVE并非唯一掌握相关技术的企业，俄罗斯类似的项目启动更早，并且在一些方面似乎已经超越了美国的进展。

  2016年8月，俄罗斯宣布成功完成新一代采用生态环保液体燃料的脉冲爆震航天发动机测试，这在无人机制造领域为俄罗斯赢得了先机。该试验由俄液体脉冲爆震发动机专业实验室、俄科学院新西伯利亚拉夫连季耶夫流体动力学研究所及莫斯科航空学院等科研机构共同完成。科学家们在7-8月对这种新型发动机进行了多次试验，测试使用的燃料为液氧和煤油，成功产生了不同能量的爆震波，并平衡了振动和冲击负荷。

  在鞑靼斯坦共和国的喀山市，有一家名为JSC ENICS的公司，在俄罗斯国防部代表的监督下从事无人机以及很多类型的空中目标的生产。该公司为无人机系统提供保修和保修后服务，并为无人机系统操作人员提供培训。利用自己的资金和鞑靼斯坦共和国总统的指示，该公司建造并运营了飞机建模和训练辅助无人机飞行员中心。

  Enix JSC成立于1988年，从事PuVRD研究的时间比美国公司Wave Engine Corporation要长得多，并已开发出基于PuVRD脉冲喷射引擎的E系列飞机。例如，配备M135 Pulsejet发动机的E95M无人机长2.1米、翼展2.4米、起飞重量为70公斤、速度最高可达每小时400公里、上升高度可达3000米；而起飞重量达80公斤的E17MP无人机最高速度可达每小时320公里、任务半径超过70公里、翼展3.4米。这些无人机的性能与美国研发中的Scitor-D无人机相当，并已达到量产水平。此外，搭载双PuVRD脉冲喷射引擎的E08“Berta”起飞重量达到了180公斤、翼展5米、有效载荷25公斤，其性能远远优于美国Scitor-D无人机。

  各国在脉冲喷射引擎领域的需求量与日俱增，更低的成本与更高的产量对于最大限度地发挥自杀式无人机的战术至关重要。因此，PuVRD具有非常好的发展、应用前景。

  相较于别的类型的发动机而言，PuVRD具有一系列独特的优势，更适配于“神风敢死队”的大规模自杀式无人机。

  首先，相比传统的汽油发动机和柴油发动机，PuVRD具有结构相对比较简单、紧凑的特点。轻量化不仅有助于减轻无人机的重量，还能提升无人机的机动性和灵活性。这使得PuVRD更适配于低成本的轻量型自杀式无人机。

  其次，装配了PuVRD的无人机具有高效率燃烧和高续航的优势。Wave Engine公司的实验性PuVRD发动机如J-1和K-1系列在测试中显示了其高燃烧效率。J-1发动机可产生高达55磅（约25千克力）的推力，适用于起飞重量不超过200磅（90.8公斤）的飞机；而K-1发动机推力达到220磅（约100千克力），可装备重达1000磅（454公斤）的高空作业平台。PuVRD能够更充分地利用燃料，在相同燃料的情况下提供更长的飞行时间与距离，这对于自杀式无人机而言特别的重要，特别是在需要长时间、高速飞行或执行复杂任务的场景中。

  再者，PuVRD发动机还可使自杀式无人机的推力可调且精准控制。通过对PuVRD发动机工作频率的调整，能够达到对其提供的推力做调整的目的，这极大的提升了无人机的作战灵活性和飞行稳定性。在实际应用中，Wave Engine公司的Scitor-D无人机就是一个很好的例子。该无人机采用了Wave Engine公司的PuVRD发动机，并通过固定装置把发动机置于机体上方。在测试中，Scitor-D无人机展示了其高性能和推力可调的优势。据Wave Engine公司公布的数据，Scitor-D无人机所获得的推力的大小和调节取决于所使用的发动机型号和具体的设计参数。

  此外，对于大规模自杀式无人机而言，低成本是其量产的最大优势。PuVRD没有活塞、曲轴等复杂的机械部件，其采用的碳纤维复合材料在大规模量产时也具有成本较低的优势。这些特点降低了自杀式无人机的制造成本，同时配装了PuVRD的无人机具有更低的维修经营成本。即使敌人借助昂贵的防空导弹来击落自杀式无人机，自杀式无人机的大规模运用也会在经济上给敌方造成巨大压力。

  在作战效能对比上，如果配备活塞发动机的 Geran-2 型常规自杀式无人机的飞行速度约为150公里每小时，而配备 PuVRD 的同类自杀式无人机的飞行速度约为每小时 350-400公里，所以在 FPV无人机的帮助下，从小型武器和小口径速射自动摧毁此类无人机会困难得多。未来还可以开发一种全新的自杀式无人机，例如根据“飞翼”设计制造。这将增加无人机机身的燃料供应，从而增加其飞行范围，并减少雷达波长范围内的能见度。

  随着技术的持续不断的发展，PuVRD在军事领域的应用场景不断拓宽。我们有理由相信，凭借其在低成本、高性能等方面的显著优势，PuVRD将会在未来战场上扮演更加关键的角色，引领军事技术与战术的深刻变革。

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