[發明專利]一種水下高速推進發動機

在審

• 申請號: 202011310863.0
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112610358A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 商旭升;李江紅;李濤;彭耿
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍91776部隊
• 主分類號: F02K7/02
• 分類號: F02K7/02;F02K1/78
• 代理公司: 北京眾澤信達知識產權代理事務所(普通合伙) 11701
• 代理人: 張艷萍

本發明公開了一種水下高速推進發動機，包括爆震管，所述的爆震管的一端連接第一防回火網，第一防回火網連接燃料電磁閥，爆震管的另一端連接發動機斜管體，發動機斜管體的側壁上設置有可控進水口、壓力探針、第二防回火網，壓力探針連接信號處理系統，信號處理系統連接舵機，舵機連接可控進水口；第二防回火網分別連接隔離氣電磁閥和氧化劑電磁閥；爆震管的側壁上還連接有點火器；爆震管內部設有爆震增強裝置。其有點是：脈沖爆震火箭發動機作為水下動力裝置時，無需螺旋槳的轉化做功，采用噴射式推進，發動機對水的做功即為有效做功，沒有因為周向速度而引起的能量損失，由于沒有使用螺旋槳，不會產生空泡現象，減少了發動機的故障發生率。

技術領域

本發明屬于發動機領域，具體涉及一種水下高速推進發動機，它以噴水的方式產生動力的射流來進行推進。

背景技術

人類對爆震燃燒的研究可追溯到20世紀40年代，到80年代中期，脈沖爆震發動機(pulsed detonation engine簡稱PDE)進入到了實質性發展階段，90年代，PDE進入到了全面發展時期。目前，美國政府機構、軍方、私營公司和大學的20多家單位參與了PDE的研究。加拿大、法國、以色列、日本、俄羅斯、瑞典也紛紛投入經費和制定計劃開展PDE的研究。脈沖爆震火箭發動機是利用爆震波產生周期性沖量的非定常推進系統，發動機內燃燒產生的爆震波以2000m/s左右的速度在可燃氣中傳播，能產生極高的增壓比(15～55倍)和燃氣溫度(大于2800K)。當高溫、高壓、高速燃氣從爆震管噴出時將產生推力，從而推動飛行器向前運動。理論計算表明，這種發動機性能明顯高于帶加力的渦扇發動機，當發動機外涵以100赫茲的頻率工作時，發動機的推力、耗油率和單位推力都比帶加力燃燒室的改善一倍。

目前，NASA的PDRE取得了很大進展，由Adroit、NASA、空軍參與的這一計劃的目的是發展可用于入軌飛行器、星際飛行器和登月飛行器用低成本、輕重量的推進系統。一個小尺寸的PDRE已設計完成，從2000年4月開始進行部件試驗。目前已完成了概念驗證試驗，高頻反復爆震獲得成功，同時達到了真空起動能力。2007年研制出了試驗用發動機，2010年進行了掛飛試驗。俄羅斯在PDE基礎研究領域進行了大量研究，1998年9月，在俄羅斯舉辦了爆震試驗與計算國際討論會，就起爆、爆震波結構和傳播、爆震現象應用以及先進燃料的爆震性等問題進行了討論，會上俄專家發表了大量文章。2000年，法國和加拿大也分別開始了用于低成本的導彈、無人機或無人戰斗機的液體燃料PDE的研究。法國計劃用幾年時間開始全尺寸的PDE試驗，預計研制這種PDE的費用不超過800萬～1000萬歐元。

自2002年開始，西北工業大學首先開始PDE研究工作,開始研究是以液態航空煤油為燃料的脈沖爆震火箭發動機，采用電磁閥控制油氣供給。2004年，選用煤油為燃料、氧氣為氧化劑，在PDRE(脈沖爆震火箭發動機)模型試驗裝置上進行了爆震燃燒試驗研究。

目前，國內外針對脈沖爆震發動機的研究均以其為航空航天動力裝置為應用目的，尚無公開文獻涉及到將PDE用于水下動力裝置的研究。

如圖1所示的常規水下熱動力裝置，工作時燃料和氧化劑經過泵增壓后注入燃燒室內進行等壓燃燒，產生高溫高壓燃氣，在渦輪中作絕熱膨脹，焓與壓力均下降，渦輪通過減壓器帶動螺旋槳向外輸出可用功，廢氣經排氣管排出。螺旋槳是最常見的推進器。在螺旋槳的撥動下，水流被加速推向后方，但是水流的運動方向與螺旋槳軸成一定傾角。因此，水流的速度可以分解為一個向后的軸向速度和垂直于軸線的周向速度，而周向速度不能產生軸向的反推力，即螺旋槳對水的做功并不能完全轉化為有效推力。此外，當螺旋槳的轉速較高時，容易發生空泡現象，可能使螺旋槳的推進效率顯著下降。因此必須通過減速器降低螺旋槳的轉速，這樣必然限制了螺旋槳的功率，不利于提高航行器的航速。

采用傳統水下動力裝置的主要缺陷是：

(1)燃燒室內進行的是等壓燃燒，燃燒熱效率不高，一般燃氣輪機的熱循環效率為27％；