[發(fā)明專利]一種寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發(fā)動機(jī)及其控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111539053.7
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114439645A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）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(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發(fā)明提供一種寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發(fā)動機(jī)及其控制方法，該沖壓組合發(fā)動機(jī)將空氣渦輪火箭發(fā)動機(jī)、亞燃沖壓發(fā)動機(jī)和水沖壓發(fā)動機(jī)模式融合，通過發(fā)動機(jī)流道調(diào)節(jié)，能夠在水、空介質(zhì)內(nèi)工作，可根據(jù)外部環(huán)境自主切換工作模式，使發(fā)動機(jī)具有寬速域工作能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空水跨介質(zhì)發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發(fā)動機(jī)及其控制方法。

背景技術(shù)

沖壓發(fā)動機(jī)是一種利用高速空氣流的減速增壓作用來完成增壓燃燒，從而進(jìn)行工作的空氣噴氣發(fā)動機(jī)，通常由進(jìn)氣道、燃燒室和噴管組成。飛行時，氣流在通過進(jìn)氣道的過程中減速，靜壓提升，增壓后的空氣進(jìn)入燃燒室與燃料混合組織燃燒，生成的高溫燃?xì)庠趪姽苤信蛎浖铀俸笈懦?，產(chǎn)生推力。

沖壓發(fā)動機(jī)的燃料比沖遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和壓燃沖壓發(fā)動機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的飛行速度以及飛行高度，同時降低空間運輸成本，適用于高超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速飛機(jī)和空天飛機(jī)等新型飛行器。

目前，已經(jīng)公開的跨介質(zhì)發(fā)動機(jī)主要包括兩類：一類是渦輪發(fā)動機(jī)與噴水推進(jìn)系統(tǒng)組合形成的跨介質(zhì)發(fā)動機(jī)，這類發(fā)動機(jī)只能在空中亞聲速飛行，在水下航速也較低，以此類發(fā)動機(jī)為動力的魚雷等由于航速低，不利于快速抵近。另一類是以固體燃料為推進(jìn)劑，包含固體沖壓模態(tài)和水沖壓模態(tài)，只能在超聲速條件下工作是固體沖壓發(fā)動機(jī)的固有特征，因此這類跨介質(zhì)發(fā)動機(jī)的飛行速域較為有限；同時，固體燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)的固體燃料燃燒的調(diào)節(jié)能力有限，使得發(fā)動機(jī)在空中和水下的推力等特性調(diào)節(jié)范圍較窄，不能保證發(fā)動機(jī)工作在較高的比沖狀態(tài)下，影響飛行器的航程，也影響飛行器的任務(wù)剖面優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有空水跨介質(zhì)發(fā)動機(jī)存在飛行速域有限、性能不滿足要求的問題，本發(fā)明提供一種寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發(fā)動機(jī)及其控制方法，該發(fā)動機(jī)具備多頻次躍水空、Ma0～4.0速度飛行、水下高速工作能力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發(fā)動機(jī)，包括進(jìn)氣道、ATR核心機(jī)、進(jìn)氣流道切換活門、混流器、燃燒室、水二次射流噴注器、噴管、火焰穩(wěn)定器、沖壓活門、燃燒室前活門、燃料貯箱、氧化劑貯箱和進(jìn)水道；所述進(jìn)氣道由外殼體和設(shè)置在外殼體內(nèi)部前端的進(jìn)氣道錐體形成，用于實現(xiàn)空氣的捕獲；所述ATR核心機(jī)設(shè)置在外殼體內(nèi)部后端，且與外殼體形成沖壓流道，所述進(jìn)氣流道切換活門設(shè)置在ATR核心機(jī)的前端，用于控制進(jìn)氣道中的空氣進(jìn)入ATR核心機(jī)流道進(jìn)行燃燒；所述混流器設(shè)置在ATR核心機(jī)的后端，用于對空氣和燃?xì)膺M(jìn)行混合；所述燃燒室、噴管設(shè)置在外殼體的后端，用于對混合后的空氣和燃?xì)膺M(jìn)行燃燒并產(chǎn)生推力，所述火焰穩(wěn)定器設(shè)置在燃燒室內(nèi)，實現(xiàn)燃料噴注和火焰穩(wěn)定；所述水二次射流噴注器設(shè)置在燃燒室、噴管之間，用于實現(xiàn)海水的噴射；所述沖壓活門設(shè)置在沖壓流道的后端，用于控制進(jìn)氣道中的空氣通過沖壓流道進(jìn)入燃燒室；所述燃燒室前活門設(shè)置在混流器的進(jìn)口端，用于控制ATR核心機(jī)中的燃?xì)膺M(jìn)入混流器；所述燃料貯箱、氧化劑貯箱設(shè)置在殼體內(nèi)，用于提供燃燒時的燃料和氧化劑；所述進(jìn)水道設(shè)置在外殼體內(nèi)，其一端與進(jìn)氣道錐體的前錐體連接，另一端分別與混流器、水二次射流噴注器連接，前錐體能夠移動打開，使得海水通過進(jìn)水道進(jìn)入燃燒室進(jìn)行燃燒。

進(jìn)一步地，還包括設(shè)置在進(jìn)氣道錐體上的超空泡系統(tǒng)和水介質(zhì)發(fā)生器，所述水介質(zhì)發(fā)生器分別與燃料貯箱、進(jìn)水道連接，所述水介質(zhì)發(fā)生器和超空泡系統(tǒng)產(chǎn)生水介質(zhì)超空泡，并將其作用在進(jìn)氣道錐體前端，用于減小飛行器的阻力。

進(jìn)一步地，所述噴管為拉瓦爾噴管，喉部尺寸根據(jù)發(fā)動機(jī)工況調(diào)節(jié)使發(fā)動機(jī)處于較高的性能。

進(jìn)一步地，所述燃料為液體燃料，所述氧化劑為液體氧化劑，其中，發(fā)動機(jī)的燃料具體為硼氫化鎂凝膠推進(jìn)劑，氧化劑具體采用高氯酸羥胺。

進(jìn)一步地，所述燃料貯箱、氧化劑貯箱分別相對設(shè)置在外殼體的內(nèi)壁上。

同時，本發(fā)明還提供一種上述寬域多頻次躍水空渦輪沖壓組合發(fā)動機(jī)的控制方法：