CN113830277B - 水下推进器及航行体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下推进器，涉及水下驱动设备技术领域，水下推进器包括推进器本体、点火装置、气动旋转装置、供水装置和推进组件，推进器本体内设置有燃烧室和气动室，燃烧室内远离气动室的一侧用于储存水反应金属燃料，燃烧室的壁面上并排设置有多个喷水口组，每个喷水口均与供水装置连通，气动室内设置有气动旋转装置，气动旋转装置的旋转轴穿过气动室侧壁与推进组件同轴固定连接，推进器本体内设置有连通燃烧室与气动室的喷气孔，喷气孔喷出的气体能够驱动气动旋转装置进行转动，推进器本体内设置有连通外界和气动室的排气口；本发明还公开了一种航行体，航行体包括上述的水下推进器，能够提高水下推进装置的比冲，提高推进效率。

Description

水下推进器及航行体
技术领域
本发明涉及水下驱动设备技术领域，特别是涉及一种水下推进器及航行体。
背景技术
为了适应目前海上作战的需求，要求航行体的动力系统具有高推进效率、高航速、高隐蔽性的特性，目前常规水下动力系统可分为电动力系统、热动力系统和固体火箭动力系统三种，而这三种动力系统的重量较大，显著的降低了航行体的比冲，同时其中电动力系统和热动力系统都以螺旋桨的形式输出推进功，但螺旋桨在水中一旦转速过高则会产生空化现象，会降低航行体的推进效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种水下推进器及航行体，以解决上述现有技术存在的问题，能够提高水下推进装置的比冲，提高推进效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种水下推进器，包括推进器本体、点火装置、气动旋转装置、供水装置和推进组件，所述推进器本体内设置有燃烧室和气动室，所述燃烧室内远离所述气动室的一侧用于储存水反应金属燃料，所述点火装置用于引燃水反应金属燃料，所述燃烧室的壁面上沿靠近所述气动室的方向并排设置有多个喷水口组，各个所述喷水口组至少包括一个喷水口，每个所述喷水口均与所述供水装置连通，所述气动室内设置有所述气动旋转装置，所述气动旋转装置的旋转轴穿过所述气动室侧壁与所述推进组件同轴固定连接，所述燃烧室与所述气动室通过喷气孔连通，所述燃烧室内的气体能够经所述喷气孔进入所述气动室并驱动所述气动旋转装置转动，进而带动所述推进组件运转，所述推进器本体上设置有连通外界和所述气动室的排气口。
优选的，所述推进器本体内还设置有内流道，所述推进组件位于所述内流道内，且所述推进组件的自转方向与所述内流道的中心线平行或重合，所述内流道的出水口位于所述推进器本体的一端上，所述内流道的进水口位于所述推进器本体外侧壁上。
优选的，所述供水装置包括供水室、离心叶轮和传动组件，所述供水室设置在所述推进器本体内，所述离心叶轮设置在所述供水室内，所述旋转轴与所述离心叶轮通过所述传动组件传动连接，所述推进器本体的外侧壁上开设有与所述供水室连通的供水室进水口，所述供水室的输出水口与每个所述喷水口连通。
优选的，所述喷气孔包括连通的进气段和喷气段，所述进气段的内表面的横截面积和所述喷气段的内表面的横截面积均逐渐缩小，所述进气段的大端与所述燃烧室连通，所述进气段的小端与所述喷气段的小端连通，所述喷气段的大端与所述气动室连通。
优选的，所述内流道包括连通的推进段和喷出段，所述推进段的内表面的横截面积大于所述喷出段的内表面的横截面积，所述推进组件位于所述推进段内，所述内流道的进水口与所述推进段的一端连通，所述推进段的另一端与所述喷出段的一端的连接面为圆台面，所述内流道的出水口位于所述喷出段的另一端。
优选的，所述推进组件为轴流叶轮，所述气动旋转装置为涡轮。
优选的，所述推进器本体的外表面的横截面为圆形，所述推进器本体上与所述内流道相对应部位的外表面的横截面积逐渐缩小，所述内流道的出水口位于所述推进器小端的端面上。
优选的，每个所述喷水口组内所述喷水口的数量为2～4个，且在所述燃烧室侧壁的周向均匀分布，所述喷水口组的数量为2～3组，所述内流道的进水口数量为2～4个，且在所述推进器本体的周向均匀分布。
优选的，每个所述喷水口上均固定设置有雾化喷头，所述排气口处固定设置有单向排气阀和多孔板，所述多孔板位于所述单向排气阀的出口处。
本发明还提供了一种航行体，包括如上所述的水下推进器。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种水下推进器及航行体，采用燃烧室内储存水反应金属燃料，水反应金属燃料能直接和供水装置提供的水进行反应产生高温高压气体对气动旋转装置进行驱动，不需要携带氧化剂，能够降低水下推进器的重量，提高水下推进器的比冲，提高推进效率；还采用燃烧室的壁面上沿靠近气动室的方向并排设置有多个喷水口组，点火装置引燃水反应金属燃料后产生高温富燃燃气(夹杂未燃烧的金属颗粒)，高温富燃燃气与靠近水反应金属燃料的喷水口组喷出的水发生燃烧反应，放出大量的热量，形成高温高压气体，然后高温高压气体与远离水反应金属燃料的喷水口组喷出的水进行混合，水吸热后进行蒸发转化为水蒸气，进一步的增加燃烧室内的气体压力，能够提高水反应金属染料燃烧能量利用率，进一步的提高推进效率。
进一步的，采用推进组件设置在内流道内，且推进组件的自转方向与内流道的中心线方向平行或重合，推进组件能够与内流道形成轴流泵结构，具有很高的抗空化能力，能够避免推进组件因空化和气蚀造成的损坏，影响推进效率。
进一步的，供水装置包括设置在推进器本体内的供水室、离心叶轮和传动组件，组件少，结构简单；同时旋转轴通过传动组件驱动离心泵转动进行供水，点火装置对水反应金属燃料引燃产生气体驱动气动旋转转制进行转动，即可使供水装置进行供水，使水反应金属燃料和水进行燃烧增加燃烧室内的压力，不需要设置供水装置的控制系统，能够简化结构。
进一步的，进气段的内表面的横截面积逐渐缩小，且进气段的大端与燃烧室连通，能够对燃烧室内的高压气体进行导流，便于高压气体进入喷气孔；喷气段的内表面的横截面积逐渐减小，且喷气段的大端与气动室连通，能够使高压气体进行膨胀加速，提高高压气体的喷出速度，提高对气动旋转装置的驱动效率。
进一步的，推进段的横截面积大于喷出段的横截面积，且推进段与喷出段的连接面为圆台面，能够提高从喷出段喷出水的流速，进一步的提高推动效率。
进一步的，推进组件为轴流叶轮，便于购买，且推进效率高；气动旋转装置为涡轮，便于制作，且能量转化率高。
进一步的，推进器本体的外表面的横截面为圆形，能够减小水下推进器的阻力，提高推进效率；推进器本体上与内流道相对应部位的外表面的横截面积逐渐缩小，能够进一步减小水流对推进器的阻力，进一步提高推进效率。
进一步的，每个喷水口组内所述喷水口的数量为2～4个，且在燃烧室侧壁的周向均匀分布，喷水口组的数量为2～3组，此种配置，推进器的内水反应金属燃料的燃烧能量的利用率较高。
进一步的，雾化喷头的设置，能够增加水与水反应金属燃料颗粒的接触面积，提高燃烧效率；单向排气阀的设置，能够防止外界水进入气动室，影响气动旋转组件的运行；多孔板的设置，能够防止外界异物封堵单向排气阀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一提供的水下推进器的结构示意图；
图中：100-水下推进器，1-推进器本体，2-气动旋转装置，3-供水装置，4-推进组件，5-水反应金属燃料，6-燃烧室，7-气动室，8-喷水口组，9-喷水口，10-喷气孔，11-旋转轴，12-排气口，13-内流道，14-内流道的出水口，15-内流道的进水口，16-供水室，17-离心叶轮，18-传动组件，19-进气段，20-喷气段，21-推进段，22-喷出段，23-圆台面，24-单向排气阀，25-多孔板。
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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种水下推进器及航行体，以解决现有技术存在的问题，，能够提高水下推进装置的比冲，提高推进效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种水下推进器100，如图1所示，于本实施例中，水下推进器100包括推进器本体1、点火装置、气动旋转装置2、供水装置3和推进组件4，推进器本体1内设置有燃烧室6和气动室7，燃烧室6内远离气动室7的一侧用于储存水反应金属燃料5，点火装置用于引燃水反应金属燃料5，燃烧室6的壁面上沿靠近气动室7的方向并排设置有多个喷水口组8，各个喷水口组8至少包括一个喷水口9，每个喷水口9均与供水装置3连通，气动室7内设置有气动旋转装置2，气动旋转装置2的旋转轴11穿过气动室7侧壁与推进组件4同轴固定连接，燃烧室6与气动室7通过喷气孔10连通，喷气孔10的横截面可以圆形、方形等其它形状，燃烧室6内的气体能够经过喷气孔10进入气动室7并驱动气动旋转装置2转动，进而带动推进组件4运转，推进组件4在运转状态下能够为推进器本体1提供前进推力，从而推动推进器100向前行进，推进器本体1上设置有连通外界和气动室7的排气口12，采用燃烧室6内储存水反应金属燃料5，水反应金属燃料5能直接和供水装置3提供的水进行反应产生高温高压气体对气动旋转装置2进行驱动，不需要携带氧化剂，能够水下推进器100的重量，提高水下推进器100的比冲，提高推进效率；还采用燃烧室6的壁面上沿靠近气动室7的方向并排设置有多个喷水口组8，在点火装置引燃水反应金属燃料5后产生高温富燃燃气(夹杂未燃烧的金属颗粒)，高温富燃燃气与靠近水反应金属燃料5的喷水口组8喷出的水发生燃烧反应，放出大量的热量，形成高温高压气体，然后高温高压气体与远离水反应金属燃料5的喷水口组8喷出的水进行混合，水吸热后进行蒸发转化为水蒸气，进一步的增加燃烧室6内的气体压力，能够提高水反应金属染料燃烧能量利用率，进一步的提高推进效率以及航速和航行里程。
推进器本体1内还设置有内流道13，推进组件4位于内流道13内，且推进组件4的自转方向与内流道13的中心线平行或重合，内流道的出水口14位于推进器本体1的一端上，内流道的进水口15位于推进器本体1外侧壁上，且位于内流道13沿推进器本体1行进方向的前方，能够方便外界的水进入内流道13内，推进组件4能够与内流道13形成轴流泵结构，具有很高的抗空化能力，能够避免推进组件4因空化和气蚀造成的损坏，影响推进效率。
供水装置3包括供水室16、离心叶轮17和传动组件18，组件少，结构简单，供水室16设置在推进器本体1内，离心叶轮17设置在供水室16内，旋转轴11与离心叶轮17通过传动组件18传动连接，传动组件18可以为减速传动齿轮组，其传动系数可根据供水情况进行确定，推进器本体1的外侧壁上开设有与供水室16连通的供水室进水口，供水室16的输出水口与每个喷水口9连通，点火装置对水反应金属燃料5引燃产生气体驱动气动旋转转制进行转动，即可使供水装置3进行供水，使水反应金属燃料5和水进行燃烧增加燃烧室6内的压力，不需要设置供水装置3的控制系统，能够简化结构。
喷气孔10包括连通的进气段19和喷气段20，进气段19的内表面的横截面积和喷气段20的内表面的横截面积均逐渐缩小，进气段19的大端与燃烧室6连通，进气段19的小端与喷气段20的小端连通，喷气段20的大端与气动室7连通，进气段19的内表面的横截面积逐渐缩小，且进气段19的大端与燃烧室6连通，能够对燃烧室6内的高压气体进行导流，便于高压气体进入喷气孔10；喷气段20的内表面的横截面积逐渐缩小，且喷气段20的大端与气动室7连通，能够使高压气体进行膨胀加速，提高高压气体的喷出速度，提高对气动旋转装置2的驱动效率。
内流道13包括连通的推进段21和喷出段22，推进段21的内表面的横截面积大于喷出段22的内表面的横截面积，推进组件4位于推进段21内，内流道的进水口15与推进段21的一端连通，推进段21的另一端与喷出段22的一端的连接面为圆台面23，内流道的出水口14位于喷出段22的另一端，能够提高从喷出段22喷出水的流速，进一步的提高推动效率。
推进组件4为轴流叶轮，便于购买，且推进效率高，气动旋转装置2为涡轮，便于制作，且能量转化率高。
推进器本体1的外表面的横截面为圆形，能够减小水下推进器的阻力，提高推进效率，推进器本体1上与内流道13相对应部位的外表面的横截面积逐渐缩小，能够进一步减小水流对推进器的阻力，进一步提高推进效率，内流道的出水口14位于推进器小端的端面上。
每个喷水口组8内喷水口9的数量为2～4个，优选为2个，且在燃烧室6侧壁的周向均匀分布，喷水口组8的数量为2～3组，优选为2组，内流道的进水口15数量为2～4个，优选为2个，且在推进器本体1的周向均匀分布，此种配置，推进器的内水反应金属燃料5的燃烧能量的利用率较高。
每个喷水口9上均固定设置有雾化喷头，能够增加水与水反应金属燃料5颗粒的接触面积，提高燃烧效率，排气口12处固定设置有反向排气阀24和多孔板25，多孔板25位于反向排气阀24的出口处；反向排气阀24的设置，能够防止外界水进入气动室7，影响气动旋转组件的运行；多孔板25的设置，能够防止外界异物封堵反向排气阀24。
实施例二
本实施例提供一种航行体，如图1所示，于本实施例中，航行体包括实施例一中的水下推进器100，采用燃烧室6内储存水反应金属燃料5，水反应金属燃料5能直接和供水装置3提供的水进行反应产生高温高压气体对气动旋转装置2进行驱动，不需要携带氧化剂，能够水下推进器100的重量，提高水下推进器100的比冲，提高推进效率；还采用燃烧室6的壁面上沿靠近气动室7的方向并排设置有多个喷水口组8，在点火装置引燃水反应金属燃料5后产生高温富燃燃气(夹杂未燃烧的金属颗粒)，高温富燃燃气与靠近水反应金属燃料5的喷水口组8喷出的水发生燃烧反应，放出大量的热量，形成高温高压气体，然后高温高压气体与远离水反应金属燃料5的喷水口组8喷出的水进行混合，水吸热后进行蒸发转化为水蒸气，进一步的增加燃烧室6内的气体压力，能够提高水反应金属染料燃烧能量利用率，进一步的提高推进效率，航行体可以为鱼雷、水雷等，也可以是不限于上述类型的水下航行装置。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种水下推进器，其特征在于：包括：推进器本体、点火装置、气动旋转装置、供水装置和推进组件，所述推进器本体内设置有燃烧室和气动室，所述燃烧室内远离所述气动室的一侧用于储存水反应金属燃料，所述点火装置用于引燃水反应金属燃料，所述燃烧室的壁面上沿靠近所述气动室的方向并排设置有多个喷水口组，各个所述喷水口组至少包括一个喷水口，每个所述喷水口均与所述供水装置连通，所述气动室内设置有所述气动旋转装置，所述气动旋转装置的旋转轴穿过所述气动室侧壁与所述推进组件同轴固定连接，所述燃烧室与所述气动室通过喷气孔连通，所述燃烧室内的气体能够经所述喷气孔进入所述气动室并驱动所述气动旋转装置转动，进而带动所述推进组件运转，所述推进器本体上设置有连通外界和所述气动室的排气口，所述推进器本体内还设置有内流道，所述推进组件位于所述内流道内，且所述推进组件的自转方向与所述内流道的中心线平行或重合，所述内流道的出水口位于所述推进器本体的一端上，所述内流道的进水口位于所述推进器本体外侧壁上。
2.根据权利要求1所述的水下推进器，其特征在于：所述供水装置包括供水室、离心叶轮和传动组件，所述供水室设置在所述推进器本体内，所述离心叶轮设置在所述供水室内，所述旋转轴与所述离心叶轮通过所述传动组件传动连接，所述推进器本体的外侧壁上开设有与所述供水室连通的供水室进水口，所述供水室的输出水口与每个所述喷水口连通。
3.根据权利要求1所述的水下推进器，其特征在于：所述喷气孔包括连通的进气段和喷气段，所述进气段的内表面的横截面积和所述喷气段的内表面的横截面积均逐渐缩小，所述进气段的大端与所述燃烧室连通，所述进气段的小端与所述喷气段的小端连通，所述喷气段的大端与所述气动室连通。
4.根据权利要求1所述的水下推进器，其特征在于：所述内流道包括连通的推进段和喷出段，所述推进段的内表面的横截面积大于所述喷出段的内表面的横截面积，所述推进组件位于所述推进段内，所述内流道的进水口与所述推进段的一端连通，所述推进段的另一端与所述喷出段的一端的连接面为圆台面，所述内流道的出水口位于所述喷出段的另一端。
5.根据权利要求1所述的水下推进器，其特征在于：所述推进组件为轴流叶轮，所述气动旋转装置为涡轮。
6.根据权利要求1所述的水下推进器，其特征在于：所述推进器本体的外表面的横截面为圆形，所述推进器本体上与所述内流道相对应部位的外表面的横截面积逐渐缩小，所述内流道的出水口位于所述推进器小端的端面上。
7.根据权利要求6所述的水下推进器，其特征在于：每个所述喷水口组内所述喷水口的数量为2～4个，且在所述燃烧室侧壁的周向均匀分布，所述喷水口组的数量为2～3组，所述内流道的进水口数量为2～4个，且在所述推进器本体的周向均匀分布。
8.根据权利要求1所述的水下推进器，其特征在于：每个所述喷水口上均固定设置有雾化喷头，所述排气口处固定设置有单向排气阀和多孔板，所述多孔板位于所述单向排气阀的出口处。
9.一种航行体，其特征在于：包括如权利要求1～8中任意一项所述的水下推进器。
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