[發明專利]一種空水兩用跨介質軸流式渦輪發動機

在審

• 申請號: 202111083852.8
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113775416A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 楊秋實;黨建軍;秦侃;羅凱;王瀚偉;黃闖
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02C3/00
• 分類號: F02C3/00;F01D9/02;F01D1/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 談耀文

本發明公開了一種空水兩用跨介質軸流式渦輪發動機，在水下適用鉆孔型噴嘴，在水面適用矩形斜切噴嘴，兩種噴嘴入口端正對燃燒室，出口端正對葉柵，使用兩種噴嘴能夠使渦輪發動機適用水空環境，為跨介質航行器的起飛過程提供充足的動力需求。

技術領域

本發明屬于跨介質航行器技術領域，具體涉及一種空水兩用跨介質軸流式渦輪發動機。

背景技術

跨介質航行器是一種可自由在水下水面穿梭，能夠實現高速水面機動和靜默水下潛航的新式跨介質武器。其具有良好的快速隱蔽近敵的能力，以及重復出入水躲避敵方偵查攔截的能力。

一般的，傳統水下航行器只能在水下航行，受其水下航行阻力大、平臺空間小以及重量限制等原因，無法有效突破敵方防御圈，發射后容易暴露母艇位置。傳統的從空中發起攻擊的導彈由于敵艦艇編隊具備近、中、遠，低、中、高的立體空域防空體系，突防難度大。傳統的利用運載火箭、滑翔機等助飛的航行器受平臺限制無法水下發射，只能實現由空入水的單模式跨介質方案，導致其發射隱蔽性差、突防手段欠缺，影響其作戰效能。

所述跨介質航行器需要具備在水面工況良好工作的能力，以及在水下工況良好工作的能力，需要支持其水面、水下兩個工況良好工作的跨介質航行器動力系統。目前空水兩用跨介質航行器動力系統主要以水上/水下兩套動力系統為主，其實現方式為：一靠熱動力系統驅動，具有燃料消耗率高，體積占比大等缺點；二靠電動力驅動，具有做工能力弱，航行速度低等缺點。且雙動力系統跨介質航行器在由水下起飛進入水面的跨介質模式中存在水上動力系統進氣壓力不足導致起飛失敗的缺點；在由水面降落進入水下的跨介質模式中存在水下動力系統重新點火困難的缺點。

因此，空水兩用跨介質航行器的實現需要一套支持其在水面工況、水下工況都良好工作，且能夠在兩種跨介質模式即水下起飛進入水面跨介質模式、和水面降落進入水下跨介質模式自由切換，且不影響其工作效率的新型空水兩用跨介質動力裝置，其特點為擁有兩套燃燒室和一個發動機裝置，其中的難點重點在于如何實現兩套燃燒室和發動機裝置之間的燃氣輸送，以及跨介質時如何為航行器的起飛過程提供充足的動力。

發明內容

本發明的目的是提供一種空水兩用跨介質軸流式渦輪發動機，使用鉆孔型噴嘴、矩形斜切噴嘴，形成空水兩用的渦輪動力系統。

本發明所采用的技術方案是，一種空水兩用跨介質軸流式渦輪發動機，包括連接渦輪機燃燒室的殼體，殼體中部穿接軸，軸上連接輪盤，輪盤邊緣連接渦輪葉柵，殼體上開設噴嘴，噴嘴入口端正對燃燒室，出口端正對渦輪葉柵，噴嘴包括多個采用部分進氣安裝模式的鉆孔形斜切噴嘴和多個采用全周進氣安裝模式的矩形斜切噴嘴，鉆孔形斜切噴嘴與矩形斜切噴嘴在同一圓周上，且鉆孔形斜切噴嘴與矩形斜切噴嘴之間在圓周上的等角度排布。

本發明的特點還在于：

鉆孔形斜切噴嘴具體構成為：包括在殼體上由外向渦輪葉柵方向開設的收縮段a、喉部a、擴張段a，收縮段a、喉部a、擴張段a中心軸線重合，喉部a為圓角，用于過度連接收縮段a、擴張段a，收縮段a截面線型采用蘇聯維氏線型。

蘇聯維氏線型公式為：

式中，x表示噴嘴軸向坐標；r表示噴嘴在x處對應的截面半徑，d_cr表示喉部a直徑，r₁表示喉部a圓角半徑，l₁表示收縮段a長度。

喉部a的設計參數表達式為：

噴嘴喉部a直徑為：

式中，m為工質質量流量，B_cr為噴管臨界壓比，T₀為工質在噴管進口的滯止溫度，P₀位工質在噴管進口的滯止壓強，R_g為工質氣體常數，C_cr為噴管喉部臨界速度；