CN102086822A - 一种水面船只的动力装置 - Google Patents

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陈巍
李江红
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Abstract

本发明提出了一种水面船只的动力装置，包括有脉冲爆震管和发动机斜管体，发动机斜管体分为倾斜段和出口段，倾斜段和出口段之间有弯折；发动机斜管体倾斜段端口与脉冲爆震管出口采用法兰同轴连接，在倾斜段管壁上装有压力探针；在倾斜段管壁上开有带闭合装置的可控进水口，闭合装置与压力探针之间串联有信号处理系统和舵机；可控进水口在出口段横截面上的投影面积至少为出口段端口面积的50％；水面船只的动力装置工作时，发动机斜管体的出口段处于水面以下，可控进水口处于水面以下。本发明采用爆震管产生高温、高压、高速燃气和爆震波推动流体向外排出产生推力。

Description

一种水面船只的动力装置
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体为一种水面船只的动力装置。
背景技术
目前，水面船只主要采用燃气轮机作为动力装置。燃气轮机在工作时，燃烧室内进行的是等压燃烧，产生高温高压燃气带动涡轮高速旋转，涡轮通过减压器轴带动螺旋桨向外输出可用功。采用燃气轮机作为动力装置的主要问题在于：燃烧室内进行的等压燃烧，燃烧热效率不高，一般燃气轮机的热循环效率为27％；采用螺旋桨作为推进器，水流的运动方向与螺旋桨轴成一定倾角，水流的速度可以分解为一个向后的轴向速度和垂直于轴线的周向速度，而周向速度不能产生轴向的反推力，使得螺旋桨对水的做功并不能完全转化为有效推力；此外，，当螺旋桨的转速较高时，容易发生空泡现象，使螺旋桨的推进效率显著下降。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有水面船只采用燃气轮机作为动力装置中出现的热循环效率不高，功率有限的问题，本发明提出了采用脉动射流发动机作为水面船只的动力装置，其工作原理是发动机产生的爆震波将其传播方向上的流体高速排出，以此获得反推力对外做功。
技术方案
本发明采用的技术方案为：
所述一种水面船只的动力装置，包括有脉冲爆震管，其特征在于：还包括有发动机斜管体，发动机斜管体分为倾斜段和出口段，倾斜段和出口段之间有弯折；发动机斜管体倾斜段端口与脉冲爆震管出口采用法兰同轴连接，在倾斜段管壁上装有压力探针；在发动机斜管体倾斜段管壁上还开有带闭合装置的可控进水口，闭合装置与压力探针之间串联有信号处理系统和舵机，当压力探针测得压力大于信号处理系统的压力设定值时，信号处理系统控制舵机驱动闭合装置闭合可控进水口，当压力探针测得压力不大于信号处理系统的压力设定值时，信号处理系统控制舵机驱动闭合装置打开可控进水口；可控进水口在发动机斜管体出口段横截面所在平面上的投影面积至少为发动机斜管体出口段端口面积的50％；所述水面船只的动力装置工作时，发动机斜管体的出口段处于水面以下，可控进水口处于水面以下。
所述一种水面船只的动力装置的优选方案，其特征在于：发动机斜管体倾斜段与出口段的弯折角度为15°-60°。
所述一种水面船只的动力装置的优选方案，其特征在于：信号处理系统的压力设定值为2MPa-5MPa。
所述一种水面船只的动力装置的优选方案，其特征在于：脉冲爆震管的点火装置位于脉冲爆震管上部管壁，脉冲爆震管中装有爆震增强装置，当燃烧波传至发动机斜管体倾斜段管口时，燃烧波已经转变为爆震波；脉冲爆震管的燃料进口与燃料电磁阀之间的管道中装有防回火装置、氧化剂进口与氧化剂电磁阀之间的管道中装有防回火装置、隔离气进口与隔离气电磁阀之间的管道中装有防回火装置。
所述一种水面船只的动力装置的优选方案，其特征在于：脉冲爆震管的工作频率不大于20Hz。
所述一种水面船只的动力装置的优选方案，其特征在于：脉冲爆震管的工作频率为15Hz。
所述一种水面船只的动力装置的优选方案，其特征在于：发动机斜管体的出口段在工作时处于水平状态，可控进水口的进水方向与船只的前进方向相反。
有益效果
本发明采用脉动射流发动机作为水面船只的动力装置，发动机内燃烧产生的爆震波以每秒2000米左右的速度在可燃气中传播，能产生极高的增压比(15～55倍)和燃气温度(大于2800K)。当高温、高压、高速燃气和爆震波推动流体从脉动射流发动机排出时就会产生推力。由于爆震波传播速度极快，其后的燃烧过程接近等容燃烧过程，其热循环效率可高达49％，远远高于常规燃气轮机等压燃烧的热循环效率(27％)。脉动射流发动机作为动力装置，无需螺旋桨的转化做功，采用喷射式推进，发动机对水的做功即为有效做功，没有因为周向速度而引起的能量损失。由于没有使用螺旋桨，因此也不会产生空泡现象，减少了发动机的故障发生率。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：电磁阀和点火器的控制时序图；
图3：压力探针采集的压力波形图；
其中，1、燃料电磁阀；2、防回火网；3、氧化剂电磁阀；4、隔离气电磁阀；5、点火器；6、爆震增强装置；7、爆震管；8、压力探针；9、发动机斜管体；10、可控进水口；11、舵机；12、信号处理系统；13、法兰。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明。
实施例：
本实施例所述的一种水面船只的动力装置包括有脉冲爆震管7和发动机斜管体9。
脉冲爆震管7采用的燃料为航空煤油，供给压力为0.5MPa，氧化剂为压缩氧气，供给压力为1.5MPa，燃料和氧化剂的供给压力大于发动机斜管体出口的水压，液态煤油/氧气混合物的当量比约为1.0，隔离气为压缩氮气，管体内径为30mm，长0.9m。脉冲爆震管7的燃料进口开在脉冲爆震管7封闭端端头上，燃料进口外接燃料电磁阀1，脉冲爆震管7的氧化剂管路和隔离气管路并联后采用相同进口，进口开在脉冲爆震管7管壁上，在氧化剂管路和隔离气管路上还分别接有氧化剂电磁阀3和隔离气电磁阀4。此外，由于回火现象较为严重，为了保护燃料电磁阀1、氧化剂电磁阀3和隔离气电磁阀4，在相应电磁阀和进口之间的管路中都装有防回火网2。脉冲爆震管7的点火器5选用汽车火花塞，点火能量为50mJ，点火器5安装在脉冲爆震管7的上部管壁上，且距离脉冲爆震管7封闭端的距离为脉冲爆震管7管体内径的2.5倍，即75mm。在点火器5与脉冲爆震管7出口之间的管内壁上还焊接有一段Shchelkin螺旋作为爆震增强装置，Shchelkin螺旋轴向长为360mm，螺距30mm，采用了爆震增强装置使得燃烧波传至发动机斜管体倾斜段管口时，燃烧波就已经转变为爆震波。
发动机斜管体9的管体内径为30mm，分为倾斜段和出口段，整个发动机斜管体9沿轴向的长度累加为180mm。出口段长为50mm，倾斜段和出口段之间有弯折，弯折角度为37°，本实施中，倾斜段本身也有弯折，弯折角度同样为37°，使得倾斜段的一部分管体与出口段平行，该段管体长为30mm，在本实施例中将倾斜段本身弯折的目的是为了试验方便，而为了取得发明本身的效果，只需要限定倾斜段和出口段之间存在弯折既可，即在工作时，出口段处于水面以下，而由于存在弯折，可以避免水通过发动机斜管体进入脉冲爆震管，同时为了获得较大的前进动力，处于水下的出口段处于水平状态。
发动机斜管体9的倾斜段端口与脉冲爆震管7的出口采用法兰13同轴连接，并在倾斜段管壁上装有压力探针8，压力探针8距离法兰13的轴向长度为7mm，该压力探针8为压电式传感器，用于测量倾斜段内的压力。在发动机斜管体9的倾斜段管壁上还开有带闭合装置的可控进水口10，在工作时，可控进水口10处于水面以下，本实施例中采用的闭合转置为活动栅叶。活动栅叶与压力探针8之间串联有信号处理系统12和舵机11，当压力探针8测得的压力大于信号处理系统12的压力设定值时，信号处理系统12控制舵机11驱动活动栅叶闭合可控进水口10，当压力探针8测得的压力不大于信号处理系统12的压力设定值时，信号处理系统12控制舵机11驱动活动栅叶打开可控进水口10，本实施例中信号处理系统12的压力设定值为2.5MPa。为了保证在脉冲爆震管的一个工作周期内，能够及时的将发动机斜管体9处于水下的管体内填充满水，本实施例中取可控进水口10在发动机斜管体出口段横截面所在平面上的投影面积为发动机斜管体出口段端口面积的50％，其中所述的出口段横截面为垂直于出口段中心轴线的横截面。可控进水口10朝向船只的前进方向，使得进水方向与船只的前进方向相反，从而更加有利于水的填充。同时由于在脉冲爆震管一个工作周期内，需要进行水的排除及再填充过程，因此脉冲爆震管的工作频率不能过高，试验显示，工作频率高于20Hz后，发动机斜管体9内的水填充过程难以在一个工作周期内完成。本实施例中采用的脉冲爆震管工作频率为15Hz。
进行本实施例时，环境压力和环境温度分别为1.01325×105Pa和288.15K。在该实验条件下，由爆震通用计算软件CEA程序(Chemical Equilibrium and Applications)计算出的煤油/氧气气相爆震压力4.36MPa。在本实施中，3个电磁阀以及点火器的控制时序如图2所示：氧化剂电磁阀3和燃料电磁阀1的占空比为0.3，相位为0；点火器的占空比为0.01，相位为108°；隔离气电磁阀4的占空比为0.3，相位为252°。压力探针采集的压力变化曲线如图3所示，截取的时间长度为1s。从图中试验数据可知，压力探针采集到的峰值压力平均压力为3.70MPa，为计算值的86％。考虑到气液两相反应的一些实际情况，包括燃油的雾化和掺混，实际压力峰值在计算值的80％左右时，即认为形成了稳定的爆震波。由此可知，本实施例中发动机内形成了充分发展的爆震波。
充分发展的爆震波具有很高的燃气温度和压力，当爆震波传播至发动机斜管体内的液面处时，会对水产生作用力而将填充在发动机斜管段内的水高速排出。根据牛顿第三定律，从而使船只获得推力。

Claims (7)

1.一种水面船只的动力装置，包括有脉冲爆震管，其特征在于：还包括有发动机斜管体，发动机斜管体分为倾斜段和出口段，倾斜段和出口段之间有弯折；发动机斜管体倾斜段端口与脉冲爆震管出口采用法兰同轴连接，在倾斜段管壁上装有压力探针；在发动机斜管体倾斜段管壁上还开有带闭合装置的可控进水口，闭合装置与压力探针之间串联有信号处理系统和舵机，当压力探针测得压力大于信号处理系统的压力设定值时，信号处理系统控制舵机驱动闭合装置闭合可控进水口，当压力探针测得压力不大于信号处理系统的压力设定值时，信号处理系统控制舵机驱动闭合装置打开可控进水口；可控进水口在发动机斜管体出口段横截面所在平面上的投影面积至少为发动机斜管体出口段端口面积的50％；所述水面船只的动力装置工作时，发动机斜管体的出口段处于水面以下，可控进水口处于水面以下。
2.根据权利要求1所述的一种水面船只的动力装置，其特征在于：发动机斜管体倾斜段与出口段的弯折角度为15°-60°。
3.根据权利要求1所述的一种水面船只的动力装置，其特征在于：信号处理系统的压力设定值为2MPa-5MPa。
4.根据权利要求1所述的一种水面船只的动力装置，其特征在于：脉冲爆震管的点火装置位于脉冲爆震管上部管壁，脉冲爆震管中装有爆震增强装置，当燃烧波传至发动机斜管体倾斜段管口时，燃烧波已经转变为爆震波；脉冲爆震管的燃料进口与燃料电磁阀之间的管道中装有防回火装置、氧化剂进口与氧化剂电磁阀之间的管道中装有防回火装置、隔离气进口与隔离气电磁阀之间的管道中装有防回火装置。
5.根据权利要求1所述的一种水面船只的动力装置，其特征在于：脉冲爆震管的工作频率不大于20Hz。
6.根据权利要求1所述的一种水面船只的动力装置，其特征在于：脉冲爆震管的工作频率为15Hz。
7.根据权利要求1所述的一种水面船只的动力装置，其特征在于：发动机斜管体的出口段在工作时处于水平状态，可控进水口的进水方向与船只的前进方向相反。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110739602A (zh) * 2019-10-30 2020-01-31 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 脉冲爆震火箭燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器
CN112610358A (zh) * 2020-11-20 2021-04-06 中国人民解放军91776部队 一种水下高速推进发动机

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2283221A (en) * 1993-07-01 1995-05-03 Adrian John Collins Internal combustion thrust pump
US6620004B1 (en) * 2002-06-04 2003-09-16 Jack N. Piper Marine propulsion system
JP2005238930A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Tama Tlo Kk 船舶用推進装置とこれを有する船舶
CN1803531A (zh) * 2005-12-28 2006-07-19 黄鲁生 喷水引擎利用进水和高压气体能量连续喷射的方法及装置
CN101725432A (zh) * 2008-11-03 2010-06-09 尚德敏 水上飞机喷射发动机
CN101927823A (zh) * 2009-06-19 2010-12-29 李江平 一种船舶推进器
CN201951704U (zh) * 2011-01-06 2011-08-31 西北工业大学 一种水面船只的动力装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2283221A (en) * 1993-07-01 1995-05-03 Adrian John Collins Internal combustion thrust pump
US6620004B1 (en) * 2002-06-04 2003-09-16 Jack N. Piper Marine propulsion system
JP2005238930A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Tama Tlo Kk 船舶用推進装置とこれを有する船舶
CN1803531A (zh) * 2005-12-28 2006-07-19 黄鲁生 喷水引擎利用进水和高压气体能量连续喷射的方法及装置
CN101725432A (zh) * 2008-11-03 2010-06-09 尚德敏 水上飞机喷射发动机
CN101927823A (zh) * 2009-06-19 2010-12-29 李江平 一种船舶推进器
CN201951704U (zh) * 2011-01-06 2011-08-31 西北工业大学 一种水面船只的动力装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李伟等: "《船用喷气式推进模型动力特性》", 《哈尔滨理工大学学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110739602A (zh) * 2019-10-30 2020-01-31 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 脉冲爆震火箭燃烧驱动的预混式二氧化碳气动激光器
CN112610358A (zh) * 2020-11-20 2021-04-06 中国人民解放军91776部队 一种水下高速推进发动机

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