[發明專利]一種核動力螺旋槳式航空發動機

有效

• 申請號: 202110660025.4
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113202576B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 譚思超;寧可為;王憲礴;趙富龍;何宇豪;劉慶祝;薛滿;田瑞峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F01K7/00
• 分類號: F01K7/00;F01K27/00;F01K21/00;F01K9/00;B64D35/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種核動力螺旋槳式航空發動機，氣體冷卻劑在反應堆內吸熱，之后進入透平做功，緊接著進入回熱器高溫側放熱，與低溫側冷卻劑充分換熱后流出回熱器進入冷卻器，在冷卻器中繼續放熱，之后進入壓縮機壓縮，經壓縮后大部分冷卻劑再次進入回熱器，吸熱后回流進入堆芯。壓縮機旋轉帶動離合器運動，離合器通過傳動軸與減速器相連，二者共同完成扭矩調節后，減速器驅動螺旋槳發動機旋轉。本發明的核動力螺旋槳式航空發動機通過簡捷直接的動力傳輸過程實現了反應堆裂變能與熱能與機械能的高效轉化。

技術領域

本發明涉及一種核動力發動機裝置，尤其涉及一種核動力螺旋槳式航空發動機，屬于核反應堆工程技術、動力裝置設計領域。

背景技術

核反應堆是一種將原子核裂變能轉換成熱能的裝置。根據冷卻劑種類不同，反應堆種類可大致分為水冷堆、氣冷堆和液態金屬冷卻反應堆。氣冷快堆能夠實現較高的堆芯出口溫度，反應堆效率高，且重量體積較小。氦氙混合氣體熱力學性能優秀，傳熱能力高，二者以適當比例混合時能夠獲得較好的氣體壓縮性能，適合作為氣冷快堆的冷卻劑。

布雷頓循環是一種依靠運動部件實現熱能向其他形式能量轉化的熱力學循環。完整的理想布雷頓循環過程中，低溫低壓氣體在壓縮機中絕熱壓縮，被回熱器高溫側流體預熱后進入反應堆，等壓吸熱升溫后進入渦輪機絕熱膨脹做功，帶動發電機發電，做功后的高溫氣體冷卻劑經回熱器低壓側流體等壓放熱冷卻后，再由冷卻器等壓放熱冷卻至所需的壓縮機入口溫度，進入壓縮機形成閉式循環。總體而言，布雷頓循環裝置結構簡單、體積小，循環效率顯著高于靜態能量轉換，適合移動式裝備搭載。

傳統通用飛機大多采用螺旋槳作為動力裝置，以螺旋槳旋轉時所產生的力作為飛機前進的推進力，具有油耗低、易操作、高效率、氣動性能好等優點。在對螺旋槳特性及飛機機翼型式進行針對性優化設計后能夠達到較強的飛行性能，實現優秀的發動機成本效益。

目前，飛機螺旋槳一般與活塞發動機或燃氣渦輪發動機相結合。活塞發動機依靠活塞的往復運動實現功率輸出，具有原理直接、結構簡單、成本低廉等特點，其受制于氣缸數量和氣缸容量，功率一般限制在四千馬力以下，一般只適合用于小型飛機。燃氣渦輪發動機相較于活塞式發動機減少了往復運動的部件，運轉穩定性提高，噪音水平下降，最大功率可超過一萬馬力，能夠適用于大中型飛機。但由于自身燃油攜帶重量的限制，飛行器的長時滯空能力較為一般，對于長航程任務的適用性存在缺陷，極大限制了飛行器執行任務的時間、類型和能力。

發明內容

本發明的目的是提供一種輕小緊湊、適用性強、安全可靠的核動力螺旋槳式航空發動機，該裝置能夠克服活塞動力裝置運行功率較低、燃氣渦輪動力裝置續航里程有限的問題。

本發明的目的是這樣實現的：包括固定基座以及安裝在固定基座上的反應堆系統、能量轉換系統、動力輸出系統，反應堆系統通過管路與能量轉換系統相連，構成直接布雷頓循環；能量轉換系統以機械傳動的方式將動力傳遞至動力輸出系統；所述反應堆系統包括反應堆本體及連接管路，反應堆本體包括壓力容器、堆芯、控制棒及其驅動機構、堆內構件；能量轉換系統有兩個能量轉換系統包括透平、回熱器、冷卻器、壓縮機以及連接管路，兩個能量轉換系統共用一臺回熱器及冷卻器，透平通過堆芯出口熱管段接管與壓力容器連接，回熱器為表面式回熱器，回熱器高溫側連接透平出口和冷卻器入口，回熱器低溫側連接反應堆冷管段和壓縮機出口，兩側工質的流動方向相反；冷卻器為表面式冷卻器，冷卻劑在冷卻器內部管路中流動，環境空氣在管路外部流動，外部空氣和管內冷卻劑流向相反；動力輸出系統包括傳動軸、離合器、減速器、螺旋槳，離合器為摩擦式離合器，離合器動力輸入端連接壓縮機，動力輸出端連接傳動裝置的傳動軸；減速器為齒輪減速器，傳動軸作為動力輸入端，輸出端連接螺旋槳。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.反應堆燃料選擇高富集度的陶瓷型UO2燃料或UN燃料；冷卻劑使用氦氙混合氣體，摩爾質量為10～45g/mol。

2.透平為氦氙混合氣體透平，透平可以使用多級軸流式或單級離心式。