CN109339976B - 一种脉冲式水下动力系统及其使用方法 - Google Patents

一种脉冲式水下动力系统及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109339976B
CN109339976B CN201810961258.6A CN201810961258A CN109339976B CN 109339976 B CN109339976 B CN 109339976B CN 201810961258 A CN201810961258 A CN 201810961258A CN 109339976 B CN109339976 B CN 109339976B
Authority
CN
China
Prior art keywords
combustion chamber
valve
oxidant
pipeline
supply unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810961258.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109339976A (zh
Inventor
吴刚
熊飞
惠军峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Lingdong Feitian Power Technology Co ltd
Original Assignee
Beijing Lingdong Feitian Power Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Lingdong Feitian Power Technology Co ltd filed Critical Beijing Lingdong Feitian Power Technology Co ltd
Priority to CN201810961258.6A priority Critical patent/CN109339976B/zh
Publication of CN109339976A publication Critical patent/CN109339976A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109339976B publication Critical patent/CN109339976B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K7/00—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof
    • F02K7/02—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof the jet being intermittent, i.e. pulse-jet
    • F02K7/06—Plants in which the working fluid is used in a jet only, i.e. the plants not having a turbine or other engine driving a compressor or a ducted fan; Control thereof the jet being intermittent, i.e. pulse-jet with combustion chambers having valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H11/00—Marine propulsion by water jets
    • B63H11/12—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being steam or other gas
    • B63H11/14—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being steam or other gas the gas being produced by combustion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/02—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being steam-driven

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

本发明涉及一种脉冲式水下动力系统及其使用方法，该动力系统将燃烧室化学能直接转化为动力，无需将热能转变为机械能，使得热效率利用率高。具体包括：燃烧室、设置在燃烧室两相对端的管路A和管路B、用于向燃烧室内提供氧化剂的氧化剂供给单元和用于向燃烧室内提供还原剂的还原剂供给单元、用于将燃烧室内混合一起的氧化剂和还原剂点燃的点火装置；管路A通过阀门A与燃烧室相连，管路B通过阀门B与燃烧室相连，燃烧室底部设置有排水用阀门C；阀门A、阀门B、阀门C和点火装置受控于控制单元。该动力系统即可作为动力系统，又可作为制动系统，能够实现水下装备的急速到达，可以让水下装备短距离制动，或加速后退航行。

Description

一种脉冲式水下动力系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种动力系统，具体涉及一种水下动力系统，属于舰艇动力装置总体设计领域。
背景技术
传统的舰艇主动力装置主要包括蒸汽动力装置、柴油机动力装置、燃气轮机动力装置、核动力装置、联合动力装置和电力推进装置等。其工作原理是：利用蒸汽、燃气和水等工质，吸收舰艇携带的化学燃料燃烧或核燃料裂变释放出来的热能，由主机将热能转变为机械能作功，经传动装置带动推进器以推动舰艇。这些动力装置各有优缺点和适用范围。不同类型的舰艇，根据其使命任务、战术技术性能和战斗使用的要求，按照国家的动力政策，选用适合的动力装置类型。
但不管是哪一种传统动力装置，其都由主机、传动装置、轴系、推进器以及有关的辅助机械、设备和管路系统等构成，系统庞大而复杂、总体效率低下、可靠性不高等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种脉冲式水下动力系统，将燃烧室化学能直接转化为动力，无需将热能转变为机械能，使得热效率利用率高，且装置结构简单、可靠性高。
所述的脉冲式水下动力系统，包括：燃烧室、设置在燃烧室两相对端的管路A和管路B、用于向所述燃烧室内提供氧化剂的氧化剂供给单元和用于向所述燃烧室内提供还原剂的还原剂供给单元、用于将燃烧室内混合一起的氧化剂和还原剂点燃的点火装置；
所述管路A通过阀门A与燃烧室相连，管路B通过阀门B与燃烧室相连，燃烧室底部设置有排水用阀门C；
所述阀门A、阀门B、阀门C、氧化剂供给单元、还原剂供给单元和点火装置受控于控制单元。
当所述氧化剂与还原剂为液态时，所述燃烧室内设置有监测氧化剂和还原剂混合液的液位的液位传感器，所述液位传感器将监测的液位数据实时发送给控制单元；
当所述氧化剂与还原剂为气态时，所述燃烧室内设置有监测其内部压力的压力传感器，所述压力传感器将监测的压力数据实时发送给控制单元。
此外，本发明公开了该脉冲式水下动力系统的使用方法：所述脉冲式水下动力系统作为水下装备的动力单元，安装在所述水下装备上，所述管路A和管路B中一个管路的进出水口朝向与所述水下装备前进方向，另一个管路的进出水口背向所述水下装备前进方向；
所述水下脉冲式动力系统单个脉冲周期的工作过程为：
步骤一：所述控制单元控制阀门A和阀门B打开，使水介质流入燃烧室；
步骤二：设定时间后，所述控制单元关闭阀门A和阀门B；该设定时间保证所述水介质充满燃烧室以及管路A和管路B；
步骤三：所述控制单元控制阀门C打开，同时控制所述氧化剂供给单元和还原剂供给单元一起向所述燃烧室腔体内提供设定比例的氧化剂与还原剂，当燃烧室内的水介质全部排出后，所述控制单元控制阀门C关闭；
步骤四：若氧化剂与还原剂为液态，则当燃烧室内的液位到达设定值时，进入下一步；若氧化剂与还原剂为气态，则当燃烧室内的压力值到达设定值时，进入下一步；
步骤五：当需要为水下装备提供前进的动力时，所述控制单元开启与进出水口背向所述水下装备前进方向的管路上的阀门；当需要提供制动力或后退的动力时，所述控制单元开启进出水口朝向所述水下装备前进方向的管路上的阀门；然后所述控制单元控制点火装置点火，将燃烧室内混合一起的氧化剂和还原剂点燃，燃烧产生的高温高压能量直接作用于阀门打开侧的管路中的水介质上，使得该管路中的水介质部分汽化，使燃烧室和该管路中压力上升，以此产生反作用力，为水下装备提供脉冲式动力。
有益效果：
(1)该动力系统采用将燃烧室化学能直接转化为动力的方式，不存在机械能的转换，热效率利用率高；且理论上功率可以“无限”扩大。且该动力系统结构简单，重量轻，成本低。
(2)采用该动力系统能够输出脉冲式动力，能够实现瞬间加减速，能够实现舰船的急速到达，可以让舰艇短距离制动，或加速后退航行，使舰艇航行惯性造成的事故率大大降低。
(3)该动力系统即可作为动力系统，又可作为制动系统，能够满足新一代舰艇高速行进和强力制动的要求；且能使舰艇在窄水域(常规动力的舰艇很难或不能掉头)出入自如，不需要转弯半径而掉头航行，采用该动力系统的舰艇机动灵活，就像海中乌贼一样，且可以“倒行逆施”。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
其中：1-进水管，2-阀门A，3-燃烧室，4-阀门B，5-排放管，6-阀门C，7-氧化剂供给单元，8-还原剂供给单元，9-点火装置，10-控制单元。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供一种能够满足新一代舰艇高速行进和强力制动要求的水下动力系统。
如图1所示，该水下动力系统包括：动力系统本体、燃料供给单元7、氧化剂供给单元8、控制单元10和点火装置9。其中动力系统本体包括：进水管1、燃烧室3和排放管5，进水管1和排放管5的作用可以互换，由动力驱动的方向而定。
其连接关系为：进水管1和排放管5分别设置在燃烧室3的两相对端，其中进水管1位于舰艇前进方向上，进水管1通过阀门A2与燃烧室3相连，排放管5通过阀门B4与燃烧室3相连，燃烧室3上设置有排水用阀门C6，燃烧室3上设置有用于向燃烧室3腔体内提供氧化剂的氧化剂供给单元7和用于向燃烧室3腔体内提供还原剂的还原剂供给单元8，同时在燃烧室3顶部设置有用于将燃烧室3内混合一起的氧化剂和还原剂点燃的点火装置9。阀门A2、阀门B4、阀门C6均为受控于控制单元10的电动阀，燃料供给单元7、氧化剂供给单元8和点火装置9均受控于控制单元10。氧化剂和还原剂可以为气态或液态，气态氧化剂和还原剂如气氧和气氢，液态氧化剂和还原剂如双氧水和液态肼。
采用该动力系统能够为舰艇提供脉冲式动力，需要提供前进的动力时，单个脉冲周期的工作过程为：
步骤一：控制单元10控制阀门A2和阀门B4打开，使水介质从进水管1流入动力系统本体，水介质依次通过阀门A2进入燃烧室3，进而通过阀门B4进入排水管5；
步骤二：设定时间后控制单元10关闭阀门A2和阀门B4，该设定时间保证水介质能够充满整个进水管1、燃烧室3和排放管5；
步骤三：控制单元10控制燃烧室3底部排水用阀门C6打开，同时打开燃烧室3顶部的氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8一起向燃烧室3腔体内供给氧化剂与还原剂，待燃烧室3内水介质全部排出后(通过设置在燃烧室3底部的流量传感器监测，流量传感器将监测的数据实时发送给控制单元10，当流量传感器监测的流量与燃烧室3容积一致时，表明燃烧室3内水介质全部排出)，控制单元10控制阀门C6关闭；
为使整个系统结构简单，在该步骤中，不设置用于为燃烧室3腔体内水的排放提供动力的动力单元，若氧化剂和还原剂为气态，则将阀门C6设置在燃烧室3底部，氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8设置在燃烧室3顶部，利用氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8一起向燃烧室3内提供的高压的供给氧化剂与还原剂向燃烧室3内的水介质施加压力，从而使燃烧室3内的水介质从阀门C6排出；若氧化剂和还原剂为密度低于水的液态，则将阀门C6设置在燃烧室3底部，氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8设置在燃烧室3顶部，则当从顶部向燃烧室3内提供氧化剂与还原剂时，燃烧室3内的水介质便会从阀门C6排出；若氧化剂和还原剂为密度大于水的液态，则将阀门C6设置在燃烧室3顶部，氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8设置在燃烧室3底部，则当从底部向燃烧室3内提供氧化剂与还原剂时，燃烧室3内的水介质便会从阀门C6排出。
步骤四：若氧化剂与还原剂为液态，则通过设置在燃烧室3内的液位传感器实时监控氧化剂和还原剂混合液的液位，并发送给控制单元10，当燃烧室3内的液位到达设定值时，进入下一步；若氧化剂与还原剂为气态，则通过设置在燃烧室3内的压力传感器实时监控燃烧室3内的压力值，并发送给控制单元10，当燃烧室3内的压力到达设定值时，进入下一步；
步骤五：控制单元10开启排放管侧阀门B4，紧接着控制单元10控制点火装置9点火，将燃烧室3内混合一起的氧化剂和还原剂点燃，使其在燃烧室3内进行剧烈化学反应，该化学反应产生的高温高压能量直接作用于排放管5中的水介质上，排放管5中的水介质在高温下部分汽化，使燃烧室3和排放管5中压力进一步上升，以此产生强大的反作用力，为舰体提供脉冲式动力，能够实现瞬间加减速，实现舰船的急速到达。
当需要提供制动力或后退的动力时，单个脉冲周期的工作过程为：
该过程的前四步与上述步骤一至步骤四相同，区别在于，在步骤五中：
控制单元10开启进水管侧阀门A2，紧接着控制单元10控制点火装置9点火，将燃烧室3内混合一起的氧化剂和还原剂点燃，使其在燃烧室3内进行剧烈化学反应，该化学反应产生的高温高压能量直接作用于进水管1中的水介质上，进水管1中的水介质在高温下部分汽化，使燃烧室3和进水管1中压力进一步上升，以此产生强大的反作用力，为舰体提供脉冲式制动力或后退的动力，可以让舰艇短距离制动，或加速后退航行。
该动力系统既是舰艇的主动力，也是舰艇的主制动力，装备有该动力系统的舰艇不再区分船头和船尾，舰艇的两头既是船头也是船尾。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种脉冲式水下动力系统的使用方法，其特征在于：所述脉冲式水下动力系统用于为舰艇提供脉冲式动力，包括：燃烧室(3)、设置在燃烧室(3)两相对端的管路A和管路B、用于向所述燃烧室(3)内提供氧化剂的氧化剂供给单元(7)和用于向所述燃烧室(3)内提供还原剂的还原剂供给单元(8)、用于将燃烧室(3)内混合一起的氧化剂和还原剂点燃的点火装置(9)；
所述管路A通过阀门A(2)与燃烧室(3)相连，管路B通过阀门B(4)与燃烧室(3)相连，燃烧室(3)底部或顶部设置有排水用阀门C(6)；
所述阀门A(2)、阀门B(4)、阀门C(6)、氧化剂供给单元(7)、还原剂供给单元(8)和点火装置(9)受控于控制单元(10)；
所述氧化剂与还原剂为气态或液态；
所述脉冲式水下动力系统作为水下装备的动力单元，安装在所述水下装备上，所述管路A和管路B中一个管路的进出水口朝向与所述水下装备前进方向，另一个管路的进出水口背向所述水下装备前进方向；
所述脉冲式水下动力系统单个脉冲周期的工作过程为：
步骤一：所述控制单元(10)控制阀门A(2)和阀门B(4)打开，使水介质流入燃烧室(3)；
步骤二：设定时间后，所述控制单元(10)关闭阀门A(2)和阀门B(4)；该设定时间保证所述水介质充满燃烧室(3)以及管路A和管路B；
步骤三：所述控制单元(10)控制阀门C(6)打开，同时控制所述氧化剂供给单元(7)和还原剂供给单元(8)一起向所述燃烧室(3)腔体内提供设定比例的氧化剂与还原剂，当燃烧室(3)内的水介质全部排出后，所述控制单元(10)控制阀门C(6)关闭；
该步骤中，若氧化剂和还原剂为气态，则将所述阀门C(6)设置在所述燃烧室(3)底部，所述氧化剂供给单元(7)和还原剂供给单元(8)设置在燃烧室(3)顶部，利用所述氧化剂供给单元(7)和还原剂供给单元(8)一起向燃烧室(3)内提供的高压的供给氧化剂与还原剂向燃烧室(3)内的水介质施加压力，从而使燃烧室(3)内的水介质从阀门C(6)排出；
若氧化剂和还原剂为密度低于水的液态，则将所述阀门C(6)设置在燃烧室(3)底部，所述氧化剂供给单元(7)和还原剂供给单元(8)设置在燃烧室(3)顶部，则当从顶部向燃烧室(3)内提供氧化剂与还原剂时，燃烧室(3)内的水介质便会从阀门C(6)排出；
若氧化剂和还原剂为密度大于水的液态，则将所述阀门C(6)设置在燃烧室(3)顶部，所述氧化剂供给单元(7)和还原剂供给单元(8)设置在燃烧室(3)底部，则当从底部向燃烧室(3)内提供氧化剂与还原剂时，燃烧室(3)内的水介质便会从阀门C(6)排出；
步骤四：若氧化剂与还原剂为液态，则通过设置在燃烧室3内的液位传感器实时监控氧化剂和还原剂混合液的液位，并发送给控制单元(10)，当燃烧室(3)内的液位到达设定值时，进入下一步；若氧化剂与还原剂为气态，通过设置在燃烧室3内的压力传感器实时监控燃烧室3内的压力值，并发送给控制单元(10)，则当燃烧室(3)内的压力值到达设定值时，进入下一步；
步骤五：当需要为水下装备提供前进的动力时，所述控制单元(10)开启与进出水口背向所述水下装备前进方向的管路上的阀门；当需要提供制动力或后退的动力时，所述控制单元(10)开启进出水口朝向所述水下装备前进方向的管路上的阀门；然后所述控制单元(10)控制点火装置(9)点火，将燃烧室(4)内混合一起的氧化剂和还原剂点燃，燃烧产生的高温高压能量直接作用于阀门打开侧的管路中的水介质上，使得该管路中的水介质部分汽化，使燃烧室(3)和该管路中压力上升，以此产生反作用力，为水下装备提供脉冲式动力。
CN201810961258.6A 2018-08-22 2018-08-22 一种脉冲式水下动力系统及其使用方法 Active CN109339976B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810961258.6A CN109339976B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种脉冲式水下动力系统及其使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810961258.6A CN109339976B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种脉冲式水下动力系统及其使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109339976A CN109339976A (zh) 2019-02-15
CN109339976B true CN109339976B (zh) 2021-04-20

Family

ID=65296770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810961258.6A Active CN109339976B (zh) 2018-08-22 2018-08-22 一种脉冲式水下动力系统及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109339976B (zh)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5243966B2 (zh) * 1972-04-25 1977-11-04
CN2331583Y (zh) * 1997-08-06 1999-08-04 周子厚 高速船用气水混合喷射推进装置
CN1492137A (zh) * 2002-10-24 2004-04-28 源 李 可燃气体在水下燃烧作功的方法及船用发动机
CN101927823A (zh) * 2009-06-19 2010-12-29 李江平 一种船舶推进器
CN102009738A (zh) * 2010-11-13 2011-04-13 汪伯瑞 船舶内燃喷水推进机
CN201932353U (zh) * 2011-02-16 2011-08-17 绍兴文理学院 一种喷蒸汽式船舶推进装置
CN202541813U (zh) * 2012-04-28 2012-11-21 王常利 喷水式潜水船
CN105253279B (zh) * 2015-09-25 2017-05-03 陈维汉 一种船体贯通流道中燃气喷射引水推进装置
CN107651149A (zh) * 2016-07-26 2018-02-02 刘运武 吸排式水上驱动装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109339976A (zh) 2019-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6978617B2 (en) Power generation system using a combustion system and a fuel cell
CN113650768B (zh) 一种基于氨-氢驱动的复合型船舶混合动力系统
US7128624B1 (en) Rechargeable open cycle underwater propulsion system
CN108791792B (zh) 一种水反应金属燃料旋流冲压船舶推进系统
CN109798201B (zh) 一种二次混合室隐藏式多级动力水下推进器及控制方法
JP2012047096A (ja) 舶用脱硝システムおよびこれを備えた船舶ならびに舶用脱硝システムの制御方法
CN110107426A (zh) 基于级间燃烧室与涡轮水空共用的跨介质飞航器动力装置
FR2944648A1 (fr) Dispositif de production d'electricite pour sous-marin comportant une pile a combustible
GB1417614A (en) Power plant
CN111951993B (zh) 铅冷快堆超临界二氧化碳循环可切换式船舰动力系统
CN109826707B (zh) 一种半包覆式多级动力水下高速推进器及控制方法
CN102530217B (zh) 一种高速高效的喷水推动技术
CN101549748A (zh) 不依赖空气的潜艇推进装置
CN109339976B (zh) 一种脉冲式水下动力系统及其使用方法
KR20100000240A (ko) 에너지절약형 선박
US6846208B1 (en) Wave rotor based power and propulsion generation for a marine vessel
CN114408145B (zh) 一种预热式进水冲压发动机结构与控制方法
Lus Waiting for breakthrough in conventional submarine’s prime movers
CN113830277A (zh) 水下推进器及航行体
JP3209521U (ja) 水素流体閉サイクル駆動・発電装置
US3831546A (en) Portable swimmer propulsion unit
CN210422702U (zh) 一种基于重整放热反应的水下推进器动力系统
CN116767470B (zh) 一种应用于水下航行体的双模式能源供应系统
RU2537663C1 (ru) Реактивное судно на воздушной подушке
CN110905690B (zh) 一种涡轮冲压发动机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant