[發明專利]一種水下無人航行器動力系統及其工作方法

在審

• 申請號: 202011297093.0
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112282879A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 白文剛;張旭偉;喬永強;張一帆;楊玉;顧正萌;李紅智;姚明宇
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F01K25/10
• 分類號: F01K25/10;F01K27/00;F01D15/10;F23B90/00;B63H21/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種水下無人航行器動力系統及其工作方法，該系統包括燃料子系統和CO2閉式朗肯循環子系統；本發明通過將基于金屬燃料Li和SF₆為氧化劑的燃料系統與采用CO₂朗肯循環的循環動力系統進行有效組合，具有燃燒產物無毒、無腐蝕性、易儲存和燃燒產物不向外排放，循環效率高和系統布置緊湊等優點。

技術領域

本發明屬于水下無人航行器動力技術領域，具體涉及一種水下無人航行器動力系統及其工作方法。

背景技術

水下無人航行器(Unmanned underwater vehicles)是一種執行水下勘探、偵察、海洋工程、水下作業和水下作戰等任務的重要工具。如何進一步提高水下無人航行器的航程是目前水下無人航行器領域的重要關鍵，已成為國內外該領域的研究熱點。研究表明，基于金屬燃料鋰(Li)和六氟化硫(SF₆)為氧化劑的燃燒系統，具有能量密度高、無毒、無腐蝕性、易儲存和燃燒產物不向外排放等優點，非常適合于水下無人航行器的運行需要，是用作水下無人航行器燃料系統的一種理想選擇。目前，國內外在基于金屬燃料Li和SF₆為氧化劑的燃料系統的水下無人航行器領域已經開展了大量研究工作，并相繼開發出了較為成熟的水下無人航行器系列產品。然而，現有的水下無人航行器的動力循環系統主要采用的是閉式水蒸氣朗肯循環，由于水下無人航行器的輸出功率通常都較小，采用水蒸氣朗肯循環時所需要的工質質量流量很低，致使循環系統中的蒸汽透平的效率很低，從而導致整個動力循環系統的效率很低，且很難通過技術改進進一步提高其循環效率。針對水下無人航行器采用常規水蒸氣朗肯循環所存在的系統效率低的問題，有學者提出了采用有機工質朗肯循環的解決方案，盡管采用有機工質朗肯循環能提高系統循環效率，但效率提升的幅度很小，這主要是因為有機工質存在最高使用溫度限制，通常不超過400℃，溫度過高時，有機工質會發生熱分解反應，致使整個系統的循環效率難以進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種水下無人航行器動力系統及其工作方法，該系統將基于金屬燃料Li和SF₆為氧化劑的燃料系統與采用CO₂朗肯循環的循環動力系統進行有效組合，具有循環效率高、系統布置緊湊等優點。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種水下無人航行器動力系統，包括燃料子系統和CO2閉式朗肯循環子系統；

所述燃料子系統包括SF₆儲罐1和金屬燃料Li反應器3；金屬燃料Li反應器3的頂部布置有氧化劑噴嘴4和點火器5，SF₆儲罐1的出口與金屬燃料Li反應器3頂部的氧化劑噴嘴4相連通，并在連通管路上設置有控制閥2，用來控制進入金屬燃料Li反應器3中的氧化劑SF₆的流量，達到控制燃燒反應速率的目的；