剛剛發了一條消息《“德國這次又要領先了”：六代機可能長這樣！》W君是覺得很重磅的。猜到會有人問“氣動尖峰發動機”到底是個什么玩意，W君就直接提前說吧。

氣動尖峰發動機在咱們的叫法也叫“氣尖引擎”（aerospike engine），或者被叫做“塞式噴管”

這個設計在很多科幻電影中我們經常能看到，例如電影《星球大戰》中納布的N1星際戰斗機。

我們可以注意到它的發動機噴管內存在一個錐體延伸結構。

這就是一個典型的氣動尖峰發動機。

來咱們要說專業內容了。

火箭發動機的噴管有兩種形式，其中第一種就是大家很熟悉的“鐘形噴管”

發動機燃氣束縛在鐘形噴管內部，通常，這個噴管的截面叫做拉瓦爾曲線截面噴管，或者簡稱拉瓦爾噴管，實際上是一種漸縮漸闊噴管的構型——這是一個中間收縮、不對稱沙漏狀的管子。借由將流體的熱能轉化為動能，可將通過它的熱壓縮氣體加速到超音速。

注意上圖右側、在噴管內部紅色黃色分割面外，后有一層藍色的低壓低熱區域。這個區域雖然也在噴管的內部，但是溫度和壓力都要遠小于噴口中央。實際上高溫高壓的燃氣在噴管內壁上出現了分離。

很多人就覺得如果這樣就分離了，那么這一段噴管實際上的作用就不大了，沒錯——氣動尖峰發動機的研發技術就是從這一個小發現開始展開的。

既然噴管的一截沒有作用那么就去掉好了。去多少呢？人要極端一些的，全去掉吧！但全去掉了之后要如何保障燃氣從收縮口噴出的時候有適當的擴張截面呢？

在燃氣噴口處加一個錐形體，隨著錐形的距離噴口的距離越來越遠，錐體也就可以越來越細，于是從整個截面上看，燃氣依然是有一個拉瓦爾截面將燃氣進行劇烈的擴張，從而提高了燃氣的速度。

由于在噴口上塞了一個氣錐，這個技術剛剛出現的時候我國的翻譯就更準確的稱之為“塞式噴管”。

為什么這樣做？還得從拉瓦爾噴管的缺點說起，剛剛我們提到了拉瓦爾噴管內部有一塊低壓低溫區域。這是由于外界的大氣壓造成的。

在外界大氣壓過強的時候拉瓦爾噴管的效率不高（其實就是被“截短”了），而火箭飛到一定高度的時候，外界壓力又變低，這時候燃氣會突然膨脹，換句話說拉瓦爾噴管又不夠長了。

所以真正有效的拉瓦爾噴管實際上只針對于特定海拔高度（大氣壓力），氣壓過高和過低都會嚴重的影響拉瓦爾噴管的效率。

如果是“塞式噴管”呢？

氣流的膨脹和約束就不和氣壓相關了。噴流的一側被尖峰表面引導，另一側則直接暴露在大氣中。這意味著噴流的外部邊界與大氣接觸，噴流膨脹與環境氣壓動態平衡，從而自動適應外界壓力變化。在低空時（高氣壓）：在低空環境下，大氣壓力較高，噴流的膨脹程度會受到大氣壓力的壓制，從而保持噴流緊貼尖峰表面。此時，氣動尖峰發動機的噴流形狀與傳統火箭噴嘴類似，產生較高推力。高空時（低氣壓）：當火箭上升至高空，環境氣壓降低，噴流會自然地在尖峰表面展開，產生更大面積的膨脹，以維持高效推力。氣動尖峰發動機的設計使其能夠“自動調節”噴流的膨脹程度，從而在高空保持最佳推力效率。

由于氣動尖峰發動機沒有固定的封閉噴嘴，它的噴流邊界總是與環境氣壓平衡，無論火箭處于何種高度，都可以動態調整膨脹。這種自適應性使氣動尖峰發動機在所有高度都能保持接近最佳的膨脹效果，從而提高推力效率。

相信得很美好吧，理論和計算數據也都說得通，但是實際上做出來之后，由于這個噴管塞的存在，導致氣流被嚴重阻礙，以至于和傳統拉瓦爾噴管相比，氣動尖峰發動機不僅效率差而且結構和設計都過于復雜，也就失去了實用價值。

然而，理論上的好東西真的不能用起來嗎？也不盡然 。我們把這個噴管的截面拉長，形成線性氣動尖峰發動機的時候事情就不一樣了。

把整體的發動機噴管結構重新設計，小的燃燒室呈線性排列。

這時候在燃燒的時候，發動機可以高效的讓氣流沿著切面的截面進行擴張。以提高整體的噴射效率。

同時，還可以依靠線形結構的中央噴嘴再為燃氣補充燃料或氧氣進一步提高效率。

這就是線性氣動尖峰發動機了。

這種設計有沒有被實施？當然了有了，這就是X-33，這是洛克希德馬丁和NASA在1990 年代開發的一款無人駕駛、亞軌道技術演示飛機。

由于是亞軌道飛行，因此這架飛機的發動機需要適應海拔高度從0-100千米的不同大氣層氣壓，在這種條件下，線性氣動尖峰發動機無疑也就成了最好的選擇。

不過當年的技術條件有限，X-33最終沒有真正試飛成功，而最為接近成功的1/5比例模型2009年由洛克希德馬丁公司自主投資完成了僅有的一次試飛。

這已經是15年前的事情了。

所以說，德國北極星的這架線性氣動尖峰發動機就不一般了。

目前縮小比例的5米長的模型已經試飛成功，同時上面搭載的線性氣動尖峰發動機也成功的工作了3秒鐘。這條路子走下去之后，如果能成，就是解決了戰斗機跑道到亞軌道空間所有的推進技術難題。

這完全能夠讓德國從一個新的維度實現六代機技術。而且對現有的五代機又是一次降維打擊。

從學術圈子的一般經驗而言，線性氣動尖峰發動機目前只有美國波音和諾斯羅普（完整的接手了洛克希德馬丁的相關技術）兩家公司走在比較前沿的位置，這次德國黑馬殺出，或許真的會成為六代機技術的一個里程碑。