脉冲喷气发动机工作时,首先把压缩空气打入单向活门,或使发动机在空中运动,这时便有气流进入燃烧室,然后油咀喷油,火花塞点火燃烧。这时长尾喷管在燃气喷出后,由于燃气流的惯性作用,虽然燃烧室内的压强同外面大气的压强相等,仍会继续向外喷,所以在燃烧室内造成空气稀薄的现象,使压强显著降低到小于大气压,于是空气再次打开单向活门流入燃烧室,喷油点火燃烧,开始第二个循环。这样周而复始,发动机便可不断地工作了。这种发动机由进气到燃烧、排气的循环过程进行得很快,一秒钟大约可达 40~50 次(后来人们在阀门式脉冲发动机基础上进一步研制了无阀脉冲发动机,但总的原理大同小异)。


脉冲喷气发动机工作示意图
脉冲式发动机在原地可以起动,构造简单,重量轻,造价便宜。这些都是它的优点。但它只适于低速飞行(速度极限约为每小时 640~800 公里),飞行高度也有限,单向活门的工作寿命短,加上振动剧烈,燃油消耗率大等缺点,使得它的应用受到限制。
脉冲式发动机的研究早在 1908 年就开始了,当时有人提出这样的构想但是没有实际生产。阿格斯公司在 1939 年开始独立进行脉冲式发动机的研究,并且取得了成果。
阿格斯脉冲式喷气发动机需要一个外接装置用来启动发动机,其构造实际上是一个类似于汽车火花塞的装置,位于发动机百叶窗式进气道后面 2.5英尺(0.76m)左右的位置;发动机前部有三个空气喷嘴连接着一个外置高压空气瓶,用来启动发动机;发动机发动时需要向发动机内充入空气/乙炔混合气体作为燃料;众所周知乙炔容易挥发,所以为了防止飞弹在发射前燃料泄漏,地勤人员常常喜欢用木板或者别的什么东西堵住发动机尾喷嘴,防止乙炔在发射前就挥发殆尽。
一旦脉冲式发动机发动起来,内部温度达到起飞最低要求后,外接空气软管和接口就可以被拔掉了。此时发动机特有的共振式设计会保证发动机持续工作,无需任何外部启动装置继续维持其运转。


上图详细描述了阿格斯脉冲喷气发动机最重要的部分——矩阵形叶片和燃油喷射器在地面启动时的工作原理。这两个部分位于发动机最前端,当压缩空气和燃料分别通过 1、2 的连接孔注入发动机;再通过安装在装配架 4 上喷嘴 3 注入燃烧室;弹簧钢制成的单向百叶 窗6 安装在专门的承载板5 上,其用途是允许空气进入燃烧室和燃料混合进行爆燃作用,但阻止空气从发动机前端冲出去
通常认为 V-1 飞弹采用的阿格斯 AS.109-014 脉冲式喷气发动机需要在空速达到 150 英里/小时(240 公里/小时)的条件下才能正常工作。实际上由于其摄入空气专用的百叶窗进气口设计和共振式燃烧室,阿格斯 AS.109-014 发动机(又称共振式发动机)可以在零空速条件下工作。所以现存的很多关于 V-1 飞弹的纪录片中都有这样的特写镜头:飞弹发动机被点燃但尚未完全启动前就被弹射出发射架开始飞行。

AS.109-014 发动机结构极为简单
但是仅仅靠脉冲式发动机自身动力是不足以推动飞弹离开地面飞行的,由于脉冲式发动机与生俱来的缺点——飞行速度慢、加速性能差,加上飞弹自身较小的机翼,V-1 飞弹具有极高的失速可能,换句话说 V-1 飞弹不能通过靠短距离滑行来起飞,因此要么通过弹射器弹射起飞,要么通过亨舍尔 He 111 轰炸机来进行空射。陆基 V-1 飞弹需要靠专用发射架弹射起飞。该发射架实际上是一段带坡度的滑轨+一个蒸汽弹射器,以过氧化氢-高锰酸钾混合液体作为燃料。其原理类似于航母的蒸汽弹射器:发射时飞弹底部与弹射器连在一起,过氧化氢-高锰酸钾反应产生的高压蒸汽推动弹射器-飞弹前进,最后飞弹靠惯性甩出发射架。陆基 V-1 飞弹起飞速度能达到 360 英里/小时(合 580 公里/小时)。

陆基 V-1 飞弹发射轨道
从 1941 年1月起,V-1 飞弹使用的脉冲式发动机在其他武器平台上进行了测试,包括汽车、实验用高速攻击艇等,其中包括一种名为“龙卷风”的自杀式高速攻击艇——用一艘满载炸药的小型快艇高速冲向敌舰,而驾驶员则在撞向敌舰的最后一刻跳海逃生。“龙卷风”是一种双体式快艇,在横跨两艘快艇的横梁上安放了驾驶员的座舱。由于性能不达标加上行驶时噪音很大,最终人们放弃了在上面安装脉冲式发动机的想法,还是选择了传统的活塞式发动机动力快艇。至于首次飞行测试,那已经是 1941 年 6 月 30 日了,在 Gotha Go 145 教练机上首次进行了实验。

“龙卷风”双体式快艇模型
V-1 飞弹的制导系统
V-1 飞弹的制导系统实际上是一台由 Askania 公司研制的自动驾驶仪:其中磁罗经负责控制飞弹的飞行方向指向目标大体方向;一对陀螺仪分别负责控制飞弹的偏航和俯仰姿态;一台气压计负责控制飞弹飞行高度;一台由叶片风速计驱动的里程表负责控制飞弹飞行距离。发射前射手通过调整气压计和里程表来控制飞弹的飞行高度和距离,至于方向则由发射架的指向决定。
为陀螺仪和其他飞控设备供应能量的是两个大型球状气罐里的高压空气。发射前里面充满了高达 150 个大气压(合 15,000kPa)的气体作为飞弹飞控系统的动力源。

V-1 的陀螺和战斗部安装在机头,压缩空气罐安装在后机身
值得一提的是由于发动机放在飞弹弹体后上方,所以整个弹体的重心比较高,还有些靠后,因此如何配平也是一个问题,否则发射出去的飞弹很容易发生横滚出现大头朝下的情况。1945 年盟军缴获了一枚 V-1 飞弹,该弹坠毁于荷兰 Tilburg 和 Goirle 地区之间,但没有爆炸,所以结构保持得很完整。通过解剖 V-1 飞弹,人们发现一个有趣的情况:在飞弹左翼钢管骨架中竟然找到了 6 扎当时德军战时宣传杂志《信号》,在飞弹里放这么些东西的目的只有一个——使飞弹重心尽量靠前并保持飞弹发射前左右翼重量平衡,防止其横滚。可见当时 V-1 飞弹的横轴平衡很脆弱,稍有变化就会失去平衡。这种设计估计是为了配合用导轨弹射的需要,因此以后的巡航导弹基本没有采用过这样的总体布局,要么发动机放在弹体内部,要么放在弹体下面起到稳定作用。
