[發(fā)明專利]一種核動力發(fā)動機(jī)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011282798.5
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112392597A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙富龍;寧可為;何宇豪;譚思超;黃笛;盧瑞博;趙佳音
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: F02C1/05
• 分類號: F02C1/05;G21D5/02
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種核動力發(fā)動機(jī)裝置，包括固定基座以及安裝在固定基座上的反應(yīng)堆系統(tǒng)、換熱器、一體化發(fā)動機(jī)以及連接管路；所述一體化發(fā)動機(jī)包括進(jìn)氣口、壓縮機(jī)、換熱器二次側(cè)換熱室、渦輪、排氣口；所述換熱器由互相隔離的兩部分組成，換熱器一次側(cè)換熱室通過管道連接反應(yīng)堆系統(tǒng)出口和一體化發(fā)動機(jī)入口，換熱器二次側(cè)換熱室連接一體化發(fā)動機(jī)壓縮機(jī)空氣出口和渦輪；所述壓縮機(jī)由相互隔離的兩部分構(gòu)成，前端為一回路冷卻劑壓縮段，后端為空氣壓縮段。本發(fā)明一體化設(shè)計縮小反應(yīng)堆系統(tǒng)體積，免去了一回路壓縮機(jī)，使核動力發(fā)動機(jī)系統(tǒng)整體緊湊，能夠更好實(shí)現(xiàn)核動力發(fā)動機(jī)與飛行器適配，系統(tǒng)運(yùn)行更加簡單方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于核反應(yīng)堆工程技術(shù)、動力裝置設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及的是一種核動力發(fā)動機(jī)裝置。

背景技術(shù)

通過人為控制鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的速度可以實(shí)現(xiàn)核能的和平利用。裂變反應(yīng)會釋放出大量熱量，反應(yīng)堆將裂變時的原子能轉(zhuǎn)化為熱能，冷卻劑攜帶走這部分熱量，通過能量轉(zhuǎn)換裝置傳遞給動力裝置，最終轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，產(chǎn)生推力驅(qū)動飛行器飛行。

傳統(tǒng)飛行器發(fā)動機(jī)使用航空煤油作為燃料，飛行器受燃料攜帶量限制，航程一般只有數(shù)百至數(shù)千公里。核動力發(fā)動機(jī)能量密度極高，數(shù)百兆瓦功率的反應(yīng)堆僅需幾立方米的空間，通過論證可知，核動力發(fā)動機(jī)的重量、體積等參數(shù)均能夠滿足飛行器承載的要求，實(shí)現(xiàn)與飛行器的良好適配。并且核燃料壽期長，通過合理設(shè)計能夠使其維持輸出功率達(dá)到幾個月乃至數(shù)年之久，這賦予反應(yīng)堆長時間的、極大的能量輸出能力，因此使用核動力發(fā)動機(jī)的飛行器可以實(shí)現(xiàn)極長的航程。

目前，對于適配于地面、船舶燃?xì)廨啓C(jī)，航空渦扇、渦噴、渦槳、渦軸發(fā)動機(jī)上的核動力發(fā)動機(jī)裝置，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)路線有直接循環(huán)和間接循環(huán)兩種方案。直接循環(huán)的核動力發(fā)動機(jī)具有原理直接、循環(huán)簡單、安裝方便的特點(diǎn)。但是直接循環(huán)發(fā)動機(jī)會將放射性物質(zhì)直接噴射在大氣中，造成飛行區(qū)域內(nèi)嚴(yán)重的放射性污染。間接循環(huán)發(fā)動機(jī)將反應(yīng)堆系統(tǒng)與推進(jìn)系統(tǒng)分離，克服了放射性污染的問題，但是為了對一回路冷卻劑增壓，一次側(cè)普遍需要單獨(dú)設(shè)置壓縮機(jī)。該設(shè)計造成反應(yīng)堆系統(tǒng)整體重量較大，且飛行器艙內(nèi)核動力發(fā)動機(jī)裝置的布置無法做到緊湊。另外，管路增加意味著泄露概率增大、破口事故發(fā)生的可能性增加，一旦連接主泵的管路出現(xiàn)破損，核動力系統(tǒng)的運(yùn)行將會受到嚴(yán)重影響，甚至造成動力喪失的嚴(yán)重事故，這會導(dǎo)致整個動力裝置存在極大的安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種高效間接循環(huán)、安全可靠、高效緊湊的一體化核動力發(fā)動機(jī)裝置，其能夠克服常規(guī)動力裝置續(xù)航里程有限、直接循環(huán)核動力發(fā)動機(jī)造成放射性污染、間接循環(huán)方案重量體積較大且緊湊性不足的問題。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種核動力發(fā)動機(jī)裝置，包括固定基座以及安裝在固定基座上的反應(yīng)堆系統(tǒng)、換熱器、一體化發(fā)動機(jī)以及連接管路；所述反應(yīng)堆系統(tǒng)包括反應(yīng)堆、換熱器一次側(cè)換熱室及連接管路，反應(yīng)堆包括壓力容器、堆芯、堆芯圍筒、控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)、反射層、堆內(nèi)儀表、儀表支承，所述堆芯包括燃料棒、燃料限位裝置、控制棒、支撐結(jié)構(gòu)；所述一體化發(fā)動機(jī)包括進(jìn)氣口、壓縮機(jī)、換熱器二次側(cè)換熱室、渦輪、排氣口；

所述換熱器由互相隔離的兩部分組成，換熱器一次側(cè)換熱室通過管道連接反應(yīng)堆系統(tǒng)出口和一體化發(fā)動機(jī)入口，換熱器二次側(cè)換熱室連接一體化發(fā)動機(jī)壓縮機(jī)空氣出口和渦輪；

反應(yīng)堆一回路冷卻劑由一體化發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)增壓加速，換熱器一次側(cè)換熱室出口連接壓縮機(jī)前段的冷卻劑入口，壓縮機(jī)前端的冷卻劑出口連接反應(yīng)堆壓力容器的入口；

所述壓縮機(jī)由相互隔離的兩部分構(gòu)成，前端為一回路冷卻劑壓縮段，級數(shù)較少，后端為空氣壓縮段，級數(shù)較多，前端一回路冷卻劑壓縮段對冷卻劑實(shí)施壓縮，后端空氣壓縮段對空氣實(shí)施壓縮。

本發(fā)明還包括這樣一些特征：

所述換熱器中內(nèi)置印刷電路板式換熱管或管殼式換熱器；