CN113756986B - 一种多模态跨域组合动力系统 - Google Patents

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Abstract

一种多模态跨域组合动力系统，属于动力技术领域，由超燃发动机系统以及用于在水中推进装备的推进系统共同构成，所述超燃发动机系统包括进气道，所述进气道其中一端管道连接有隔离段，所述隔离段管道连接有燃烧室，所述燃烧室管道连接有冷却通道，所述冷却通道管道连接有尾喷管，其中，所述推进系统以及超燃发动机系统彼此串联且可脱离连接；本发明实现多种工作模态，且模态间可智能转换，具备灵活的推力调节能力和多次启动的能力，增强装备的适用性，确保在环境切换后，依旧能够确保功率输出，降低工作载荷。

Description

一种多模态跨域组合动力系统
技术领域
本发明属于动力系统技术领域，特别涉及一种多模态跨域组合动力系统。
背景技术
传统武器装备只能针对特定的飞行环境和飞行任务展开作战，难以满足未来军事信息化、一体化、覆盖海陆空天的“多维化”作战需求。因此，针对未来多栖作战装备迫切需要提出一种作战能力更强、适应范围更广的跨域跨介质发动机，这类新型组合动力系统是针对未来智能化武器装备跨域、跨介质作战需求而创新发展的一种发动机。
随着当今导弹总体的智能化需求和日益完善的技术途径，对组合动力系统产生了变革性影响。一方面，组合发动机要满足导弹智能化对动力系统的需求，具备推力可调、燃烧可控、跨域工作等复杂功能；另一方面，又要实现对外部环境和内在质量的自感知和自适应智能化趋势，这就极大地丰富了组合动力的技术研发内涵，扩展了组合动力的应用工程功能。跨域跨介质导弹能够在空中以高超声速飞行，再通过超低空掠海下潜入水，在水中继续超高速航行，最终对目标进行快速打击。这种空水一体的跨域跨介质工作方式，可有效增强导弹的隐蔽性、机动性和规避性，大幅提高导弹的突防能力。跨介质导弹已成为当前反舰导弹武器发展的重要方向之一，并获得广泛关注，其动力装置是跨介质导弹发展的关键技术。
因此，为满足未来多栖智能化作战装备的发展需求，本方案在高超声速飞行器和超高速鱼雷动力装置发展的基础上提出了一种新型多模态跨域跨介质组合动力系统是必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多模态跨域组合动力系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种多模态跨域组合动力系统，由超燃发动机系统以及用于在水中推进装备的推进系统共同构成，所述超燃发动机系统包括进气道，所述进气道其中一端管道连接有隔离段，所述隔离段管道连接有燃烧室，所述燃烧室管道连接有冷却通道，所述冷却通道管道连接有尾喷管，其中，所述推进系统以及超燃发动机系统彼此串联且可脱离连接。
与现有技术相比，本技术方案具有如下效果：
1、传统的动力系统，功能较为单一，不能够实现应用该动力系统的装备实现跨介质，因此，应用该动力系统的装备，在实际的应用过程中，存在一定的局限性，故本发明中对动力系统进行改进，通过超燃发动机系统以及推进系统，保障空中以及水中都能够有效运行，实现多种工作模态，且模态间可智能转换，具备灵活的推力调节能力和多次启动的能力，增强装备的适用性；
2、通过将超燃发动机系统以及推进系统的可脱离连接，保障应用该组合动力系统的装置实现智能工作切换同时，确保在环境切换后，依旧能够确保功率输出，降低工作载荷，如：航空火箭在升空过程中需要几经动力模组的脱离。
作为优选，该组合动力系统还包括预冷装置以及换热装置，所述预冷装置包括CO2储箱，所述CO2储箱上管道连接有减压器，所述减压器上管道连接有用于给系统预冷用的CO2输送管路；所述换热装置包括煤油储箱，所述煤油储箱上连接有送油管，所述送油管管道连接于所述燃烧室。
作为优选，所述CO2输送管路包括管道连接于所述CO2储箱上的母管，以及管道连接于母管上的若干个输出支管。
作为优选，所述推进系统包括依照工作顺序方向依次设置的取水组件、粉末加工组件以及粉末发动机，所述取水组件、粉末加工组件以及粉末发动机三者彼此互相连通。
作为优选，所述取水组件包括空泡发生器和水储箱，所述水储箱的上端管道连接于若干个输出支管中的其中一个，且所述水储箱还管道连接有主进水管，所述主进水管的另一端管道连接于空泡发生器上，且所述水储箱的出水端周向阵列连接有若干根分水管，若干个所述分水管均管道连接于所述粉末加工组件上。
作为优选，所述粉末加工组件包括装粉筒和预燃室，若干个所述分水管的出水端均管道连接于预燃室上，所述预燃室朝向所述装粉筒的一端转动设置有旋转轴，所述旋转轴的轴体上套设有筛网架，所述筛网架转动连接于所述装粉筒的出粉端，且所述装粉筒的筒体上设有用于推动桶内粉末流动的推动机构。
作为优选，所述粉末发动机的输入端与所述预燃室通过法兰连接，且所述粉末发动机的输出端管道连接有连接管，所述连接管管道连接于所述燃烧室，其中，所述粉末发动机管道连接有进水管道，所述进水管道管道连接于所述空泡发生器上。
作为优选，所述推动机构包括分设于装粉筒的筒体上的两根联通管，所述两根联通管管道连接于所述CO2输送管路，且所述两根联通管依照装粉筒至预燃室的方向排列于所述装粉筒的筒体上。
作为优选，所述CO2储箱内存储的为超临界CO2。
作为优选，所述装粉筒内填装的粉末为金属粉末，选用为镁粉。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1中“A”处的局部放大结构示意图。
图中：1-空泡发生器；2-减压器；3-二氧化碳储箱；4-二氧化碳输运管路；5-水储箱；6-装粉筒；7-旋转轴；8-筛网架；9-预燃室；10-粉末发动机；11-进气道；12-隔离段；13-冷却通道；14-尾喷管；15-煤油储箱；16-主进水管；17-分水管；18-连接管；19-输油管；20-进水管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
实施例：
如图1所示的一种多模态跨域组合动力系统，由超燃发动机系统以及推进系统共同构成，所述超燃发动机系统包括进气道11，所述进气道11其中一端管道连接有隔离段12，所述隔离段12管道连接有燃烧室，所述燃烧室管道连接有冷却通道13，所述冷却通道13管道连接有尾喷管14，其中，所述推进系统以及超燃发动机系统彼此串联且可脱离连接；通过超燃发动机系统以及推进系统，保障空中以及水中都能够有效运行，实现多种工作模态，且模态间可智能转换，具备灵活的推力调节能力和多次启动的能力，增强装备的适用性。
具体来说，在实际应用过程中，即应用该组合动力系统的飞行器从空中飞行环境切换至水中航行环境时，为了降低工作载荷，确保功率输出，此时，超燃发动机系统会脱离开来，即应用该组合动力系统的飞行器会将超燃发动机系统中的进气道11、隔离段12、燃烧室、冷却通道13等具体部件抛离开来，以降低应用该组合动力系统的飞行器的整体重量。
在本实施例中，该组合动力系统还包括预冷装置以及换热装置，所述预冷装置包括储箱3，所述储箱3内存储的为40℃、30MPa的超临界，所述储箱3上管道连接有减压器2，所述减压器2上管道连接有用于给系统预冷用的输送管路4，另外，所述减压器2的输出端连接有空气预冷器(图中未画出；超临界经过空气预冷器与高温空气换热后，达到7MPa，800℃的高焓状态，分成三路进行分流，即所述输送管路4包括管道连接于所述储箱3上的母管，以及管道连接于母管上的若干个输出支管，具体的输出支管结合下文进行描述。
在本实施例中，所述换热装置包括煤油储箱15，所述煤油储箱15上连接有送油管19，所述送油管19管道连接于所述燃烧室13；值得注意的是，所述送油管19的输出端分成两只支路，一路和燃烧室13连通，另外一路通往超然发动机壁面对外涵道空气进行冷却，起到热防护的作用。
另外，煤油储箱15上连接若干输出支管中的一支，通过与高焓状态下的超临界进行换热降温，利用压力势能将煤油挤压至送油管19。
在本实施例中，所述推进系统包括依照工作顺序方向依次设置的取水组件、粉末加工组件以及粉末发动机10，所述取水组件、粉末加工组件以及粉末发动机10三者彼此互相连通。
在本实施例中，所述取水组件包括空泡发生器1和水储箱5，所述水储箱5的上端管道连接于若干个输出支管中的其中一个，且所述水储箱5还管道连接有主进水管16，所述主进水管16的另一端管道连接于空泡发生器1上，且所述水储箱5的出水端周向阵列连接有若干根分水管17，若干个所述分水管17均管道连接于所述粉末加工组件上。
在本实施例中，所述粉末加工组件包括装粉筒6和预燃室9，若干个所述分水管17的出水端均管道连接于预燃室9上，所述预燃室9朝向所述装粉筒6的一端转动设置有旋转轴7，所述旋转轴7的轴体上套设有筛网架8，所述筛网架8转动连接于所述装粉筒6的出粉端，且所述装粉筒6的筒体上设有用于推动桶内粉末流动的推动机构；其中，所述装粉筒6内填装的粉末为金属粉末，作为优选，选用镁粉。
结合图2可知，为了将粉末推送至预燃室9，在本实施例中，即所述推动机构包括分设于装粉筒6的筒体上的两根联通管(即若干根输出支管中的第二支，所述两根联通管管道连接于所述输送管路4，且所述两根联通管依照装粉筒6至预燃室9的方向排列于所述装粉筒6的筒体上。
在本实施例中，所述粉末发动机10的输入端与所述预燃室9通过法兰连接，且所述粉末发动机10的输出端管道连接有连接管18，所述连接管18管道连接于所述燃烧室，其中，所述粉末发动机10管道连接有进水管道20，所述进水管道20管道连接于所述空泡发生器1上。
本发明的工作原理：在入水前，将煤油从煤油储箱15到超燃发动机燃烧室被抛离，实现空中到水中的模态转换，进入水中后，做高速巡航，头部空泡发生器1上分布的的进水口开始迅速进水，冲压水流通过进水主管路16与分水管17送入预燃室9，在预燃室9中完成雾化以方便燃烧送入粉末发动机10。与此同时，经过筛网架8切削后的金属粉末与氧化剂超临界流入粉末发动机10。二者在粉末发动机10中燃烧生成含有大量金属的富燃燃气，雾化后的水滴受高温燃气流加热蒸发生成水蒸气；燃气流中的金属与水蒸气混合燃烧，并释放大量的热；高温燃气经喷管膨胀喷出产生推力。多余的超临界作为燃烧室壁面的冷却工质，在吸收了热量后膨胀，再经管路返回到位于航行器头部的空泡发生器中，经空泡发生器1增压形成超空泡，实现水下航行体减阻。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本发明按照实施例进行了说明，在不脱离本原理的前提下，本装置还可以作出若干变形和改进。应当指出，凡采用等同替换或等效变换等方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多模态跨域组合动力系统，由超燃发动机系统以及用于在水中推进装备的推进系统共同构成，其特征在于：所述超燃发动机系统包括进气道（11），所述进气道（11）其中一端管道连接有隔离段（12），所述隔离段（12）管道连接有燃烧室，所述燃烧室管道连接有冷却通道（13），所述冷却通道（13）管道连接有尾喷管（14），所述推进系统以及超燃发动机系统彼此串联；该组合动力系统还包括预冷装置以及换热装置，所述预冷装置包括
Figure 311863DEST_PATH_IMAGE001
储箱（3），所述
Figure 48875DEST_PATH_IMAGE001
储箱（3）内存储的为超临界
Figure 572260DEST_PATH_IMAGE001
，且所述
Figure 939787DEST_PATH_IMAGE001
储箱（3）上管道连接有减压器（2），所述减压器（2）上管道连接有用于给系统预冷用的
Figure 181413DEST_PATH_IMAGE001
输送管路（4）；所述换热装置包括煤油储箱（15），所述煤油储箱（15）上连接有送油管（19），所述送油管（19）管道连接于所述燃烧室；所述推进系统包括依照工作顺序方向依次设置的取水组件、粉末加工组件以及粉末发动机（10），所述取水组件、粉末加工组件以及粉末发动机（10）三者彼此互相连通；所述取水组件包括空泡发生器（1）和水储箱（5），所述水储箱（5）的上端管道连接于若干个输出支管中的其中一个，且所述水储箱（5）还管道连接有主进水管（16），所述主进水管（16）的另一端管道连接于空泡发生器（1）上，且所述水储箱（5）的出水端周向阵列连接有若干根分水管（17），若干个所述分水管（17）均管道连接于所述粉末加工组件上；其中，在入水前，将超燃发动机抛离，实现空中到水中的模态转换，进入水中后，做高速巡航，头部空泡发生器（1）上分布的的进水口开始迅速进水，冲压水流通过主进水管（16）与分水管（17）送入预燃室（9），在预燃室（9）中完成雾化以方便燃烧送入粉末发动机（10）；与此同时，粉末与超临界
Figure 643487DEST_PATH_IMAGE001
流入粉末发动机（10），二者在粉末发动机（10）中燃烧生成含有大量金属的富燃燃气，雾化后的水滴受高温燃气流加热蒸发生成水蒸气；燃气流中的金属与水蒸气混合燃烧，并释放大量的热；高温燃气经喷管膨胀喷出产生推力，多余的超临界
Figure 286958DEST_PATH_IMAGE001
作为燃烧室壁面的冷却工质，在吸收了热量后膨胀，再经管路返回到位于航行器头部的空泡发生器中，经空泡发生器（1）增压形成超空泡，实现水下航行体减阻。
2.如权利要求1所述的一种多模态跨域组合动力系统，其特征在于：所述
Figure 559807DEST_PATH_IMAGE001
输送管路（4）包括管道连接于所述
Figure 288729DEST_PATH_IMAGE001
储箱（3）上的母管，以及管道连接于母管上的若干个输出支管。
3.如权利要求2所述的一种多模态跨域组合动力系统，其特征在于：所述粉末加工组件包括装粉筒（6）和预燃室（9），若干个所述分水管（17）的出水端均管道连接于预燃室（9）上，所述预燃室（9）朝向所述装粉筒（6）的一端转动设置有旋转轴（7），所述旋转轴（7）的轴体上套设有筛网架（8），所述筛网架（8）转动连接于所述装粉筒（6）的出粉端，且所述装粉筒（6）的筒体上设有用于推动桶内粉末流动的推动机构。
4.如权利要求3所述的一种多模态跨域组合动力系统，其特征在于：所述粉末发动机（10）的输入端与所述预燃室（9）通过法兰连接，且所述粉末发动机（10）的输出端管道连接有连接管（18），所述连接管（18）管道连接于所述燃烧室，其中，所述粉末发动机（10）管道连接有进水管道（20），所述进水管道（20）管道连接于所述空泡发生器（1）上。
5.如权利要求3所述的一种多模态跨域组合动力系统，其特征在于：所述推动机构包括分设于装粉筒（6）的筒体上的两根联通管，所述两根联通管管道连接于所述
Figure 55959DEST_PATH_IMAGE001
输送管路（4），且所述两根联通管依照装粉筒（6）至预燃室（9）的方向排列于所述装粉筒（6）的筒体上。
6.如权利要求5所述的一种多模态跨域组合动力系统，其特征在于：所述装粉筒（6）内填装的粉末为金属粉末，该金属粉末为镁粉。
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