CN101871393A - 基于叶片式金属-水反应推进装置的发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供基于叶片式金属-水反应推进装置的发动机。包括固体药柱、第一燃烧室、第二燃烧室、喷管、进水管和螺旋叶片，进水管穿过固体药柱、第一燃烧室和第二燃烧室，进水管的一端安装在固体药柱里，进水管的另一端通过水管支柱安装在第二燃烧室的后侧、靠近喷管的位置，进水管上设置喷水孔，螺旋叶片安装在进水管上。本发明的进水管路布置简单，不占用燃烧室外体积，使整个推进装置结构紧凑；进水直接到达流场中心，大大提高了反应速率；喷水量由喷孔个数及离心式喷嘴直径决定，容易控制；螺旋叶片的布置有效地加强了燃烧室内扰动，可显著提高掺混效果。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种发动机，具体地说是用于水面、水下作业的发动机。
背景技术
目前，由水和富含活泼金属颗粒的燃气反应而产生高温气体，进而通过喷喉或透平装置做功的燃烧机构，已引起人们的重视，并引入到水下航行体推进装置系统中。但对此领域的研究，在国内还是一个崭新的课题，一些关键技术，如燃烧的组织形式、推进系统的进水方式和供给量分配等尚未得到很好解决。传统的发动机结构不能很好地完成水蒸汽与燃气的掺混过程，大大降低了反应速率，影响发动机性能。将水蒸汽与燃气高效混合，充分发挥其化学性能，短时间内释放出高能量是当前该系统研究的一个瓶颈。
专利Method for Launching Projectiles with Hydrogen Gas.(U.S.Pat.No.5712442.Jan.27，1998)与专利Apparatus and Method for Perforatingand Stimulating a Subterranean Formation.(U.S.Pat.No.5789696.Aug.4，1998)阐述了铝/镁与水反应的能量应用于电力能源系统的情况。专利Use ofaluminum in perforating and stimulating a subterranean formation andother engineering applications.(U.S.Pat.No.923368.February 27，2003.)对金属铝与多种氧化剂反应释放出化学能的应用方面做了系统研究。以上专利均针对铝水发动机的原理方面进行研究，未针对金属/水反应系统而设计推进装置，而金属/水反应系统推进装置是对该技术瓶颈的突破。
发明内容
本发明的目的在于提供不仅可延长燃气的室内停留时间、增强扰动，还可实现分段供给、灵活地调节各段进水量的基于叶片式金属-水反应推进装置的发动机。
本发明的目的是这样实现的：
本发明基于叶片式金属-水反应推进装置的发动机，包括固体药柱、第一燃烧室、第二燃烧室和喷管，其特征是：还包括进水管和螺旋叶片，进水管穿过固体药柱、第一燃烧室和第二燃烧室，进水管的一端安装在固体药柱里，进水管的另一端通过水管支柱安装在第二燃烧室的后侧、靠近喷管的位置，进水管上设置喷水孔，螺旋叶片安装在进水管上。
本发明基于叶片式金属-水反应推进装置的发动机还可以包括：
1、所述的螺旋叶片有三组，第一组位于第一燃烧室，第二组和第三组位于第二燃烧室。
2、所述的进水管的喷水孔共有六组，第一组和第二组喷水孔位于第一组螺旋叶片的两侧，第三组和第四组喷水孔位于第二组螺旋叶片的两侧，第五组和第六组喷水孔位于第三组螺旋叶片的两侧。
本发明的优势在于：本发明的进水管路布置简单，不占用燃烧室外体积，使整个推进装置结构紧凑；进水直接到达流场中心，大大提高了反应速率；喷水量由喷孔个数及离心式喷嘴直径决定，容易控制；螺旋叶片的布置有效地加强了燃烧室内扰动，可显著提高掺混效果。
附图说明
图1是本发明的外观结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图1中的A-A视图；
图4是图3中B处的局部视图；
图5是螺旋叶片的安装示意图；
图6是图5的等轴测视图；
图7是图5的左视图；
图8是支架与进入管路连接示意图；
图9是图8的等轴测视图；
图10是图8的左视图；
图11是本发明的整体剖视图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1～11，本发明包括固体药柱1、第一燃烧室2、第二燃烧室3、喷管4、进水管5和螺旋叶片7，进水管5穿过固体药柱1、第一燃烧室2和第二燃烧室3，进水管5的一端安装在固体药柱1里，进水管的另一端通过水管支柱8安装在第二燃烧室3的后侧、靠近喷管4的位置，进水管5上设置喷水孔9，螺旋叶片7安装在进水管5上。
在图1中，固体药柱1为含金属颗粒的推进剂，药柱被点燃后，产生含大量液态或气态金属颗粒的富燃燃气。在第一燃烧室2内，一次进水受热变为蒸汽，作为氧化剂与金属颗粒发生化学反应，完成一次燃烧，放出热量。第二燃烧室3内，进水由六个喷孔分三次供给，前部两喷孔处进水主要完成与金属颗粒的附加燃烧，使反应放热更充分。中部及后部进水主要用于蒸发汽化，以增加推进装置的工质，通过喷管4膨胀做功，提高系统比冲。
如图2所示，进水管5由固体药柱中心穿过，贯穿整个燃烧室，延伸至喷管入口前。
图3和图4展示了推进装置内部结构示意图。进水管入水口6设置于固体药柱1前端面。进水管5上设置六组喷水孔9，其中第一燃烧室2内一组，第二燃烧室内3五组。在六组喷水孔9间安置三组螺旋叶片7，其中第一燃烧室2内一组，置于第一组喷水孔后，第二燃烧室3内两组，分别置于第三组、第五组喷水孔后。燃气流经螺旋叶片7时因受到阻碍，速度降低，从而延长滞留时间。此外，气流速度方向也随螺旋叶片7形状发生改变，在螺旋叶片7附近区域形成旋转涡流，增强扰动，从而进一步提高金属-水反应效率。喷管4入口前设置支柱8，以保证水管结构的稳定性。
图5展示了螺旋叶片7安装示意图，螺旋叶片7在水管上交错分布，两组螺旋叶片间相差45度角，等轴测视图6和左视图7更清晰地展示其空间分布。
图8展示了水管支柱8安装示意图，水管支柱8分为四组对称分布，一端与水管相连，另一端固定于燃烧室壁面。
Claims (3)
1.基于叶片式金属-水反应推进装置的发动机，包括固体药柱、第一燃烧室、第二燃烧室和喷管，其特征是：还包括进水管和螺旋叶片，进水管穿过固体药柱、第一燃烧室和第二燃烧室，进水管的一端安装在固体药柱里，进水管的另一端通过水管支柱安装在第二燃烧室的后侧、靠近喷管的位置，进水管上设置喷水孔，螺旋叶片安装在进水管上。
2.根据权利要求1所述的基于叶片式金属-水反应推进装置的发动机，其特征是：所述的螺旋叶片有三组，第一组位于第一燃烧室，第二组和第三组位于第二燃烧室。
3.根据权利要求1或2所述的基于叶片式金属-水反应推进装置的发动机，其特征是：所述的进水管的喷水孔共有六组，第一组和第二组喷水孔位于第一组螺旋叶片的两侧，第三组和第四组喷水孔位于第二组螺旋叶片的两侧，第五组和第六组喷水孔位于第三组螺旋叶片的两侧。
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Application publication date: 20101027 |