[發明專利]一種寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發動機及其控制方法

在審

• 申請號: 202111539053.7
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114439645A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 杜泉;王玉峰;呼延霄;莫建偉;陳磊;朱顯昊;李江涵
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F02K7/16
• 分類號: F02K7/16
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

1.一種寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發動機，其特征在于：包括進氣道(1)、ATR核心機(3)、進氣流道切換活門(2)、混流器(6)、燃燒室(8)、水二次射流噴注器(9)、噴管(10)、火焰穩定器(7)、沖壓活門(17)、燃燒室前活門(5)、燃料貯箱(4)、氧化劑貯箱(11)和進水道(12)；

所述進氣道(1)由外殼體(13)和設置在外殼體(13)內部前端的進氣道錐體(14)形成，用于實現空氣的捕獲；

所述ATR核心機(3)設置在外殼體(13)內部后端，且與外殼體(13)形成沖壓流道(15)，所述進氣流道切換活門(2)設置在ATR核心機(3)的前端，用于控制進氣道(1)中的空氣進入ATR核心機(3)流道進行燃燒；

所述混流器(6)設置在ATR核心機(3)的后端，用于對空氣和燃氣進行混合；

所述燃燒室(8)、噴管(10)設置在外殼體(13)的后端，用于對混合后的空氣和燃氣進行燃燒并產生推力，所述火焰穩定器(7)設置在燃燒室(8)內，實現燃料噴注和火焰穩定；

所述沖壓活門(17)設置在沖壓流道(15)的后端，用于控制進氣道(1)中的空氣通過沖壓流道(15)進入燃燒室(8)；所述燃燒室前活門(5)設置在混流器(6)的進口端，用于控制ATR核心機(3)中的燃氣進入混流器(6)；

所述水二次射流噴注器(9)設置在燃燒室(8)、噴管(10)之間，用于實現海水的噴射；

所述燃料貯箱(4)、氧化劑貯箱(11)設置在外殼體(13)內，用于提供燃燒時的燃料和氧化劑；

所述進水道(12)設置在外殼體(13)內，其一端與進氣道錐體(14)的前錐體(16)連接，另一端分別與混流器(6)、水二次射流噴注器(9)連接，前錐體(16)能夠移動打開，使得海水通過進水道(12)進入燃燒室(8)進行燃燒。

2.根據權利要求1所述的寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發動機，其特征在于：還包括設置在進氣道錐體(14)上的超空泡系統(19)和水介質發生器(18)，所述水介質發生器(18)分別與燃料貯箱(4)、進水道(12)連接，所述水介質發生器(18)和超空泡系統(19)產生水介質超空泡，并將其作用在進氣道錐體(14)前端，用于減小飛行器的阻力。

3.根據權利要求1所述的寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發動機，其特征在于：所述噴管(10)為拉瓦爾噴管，喉部尺寸根據發動機工況調節。

4.根據權利要求1或2或3所述的寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發動機，其特征在于：所述燃料為液體燃料，所述氧化劑為液體氧化劑。

5.根據權利要求4所述的寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發動機，其特征在于：所述燃料為硼氫化鎂凝膠推進劑，所述氧化劑為采用高氯酸羥胺。

6.根據權利要求5所述的寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發動機，其特征在于：所述燃料貯箱(4)、氧化劑貯箱(11)分別相對設置在外殼體(13)的內壁上。

7.一種權利要求1至6任一所述的寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發動機的控制方法，其特征在于：

在ATR工作模式下，進氣道(1)捕獲空氣，進氣流道切換活門(2)和沖壓活門(17)關閉沖壓流道(15)，使空氣進入ATR核心機(3)；燃料和氧化劑在ATR核心機(3)的燃氣發生器內燃燒產生高溫燃氣推動ATR核心機(3)的渦輪和壓氣機壓縮空氣；燃燒室前活門(5)打開，壓縮后的空氣與渦輪增壓后的燃氣在混流器(6)內混合，在燃燒室(8)內組織燃燒，并通過噴管(10)實現內能向動能的轉換，產生推力；

在沖壓工作模式下，進氣道(1)捕獲空氣，進氣流道切換活門(2)和燃燒室前活門(5)關閉ATR核心機(3)的流道，沖壓活門(17)打開沖壓流道(15)，使空氣進入燃燒室(8)與火焰穩定器(7)噴入的燃料組織燃燒，燃氣通過噴管(10)實現內能向動能的轉換，產生推力；

在水沖壓工作模式下，進氣道(1)的唇口關閉，燃燒室前活門(5)和沖壓活門(17)關閉ATR核心機(3)流道和沖壓流道(15)；進氣道(1)的前錐體(16)向上游移動打開進水道(12)，進水道(12)捕獲海水并提高海水的壓力；海水進入燃燒室(8)與火焰穩定器(7)噴入的燃料組織燃燒，燃氣通過噴管(10)實現內能向動能的轉換，產生推力。