CN113998091B - 一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置。所述多电极阵列脉冲放电水下推进装置，包括：推进流道和放电电极组件；推进流道为两端开口的腔体；放电电极组件位于推进流道内；放电电极组件包括至少一对放电电极对；工作时，推进流道内通入流体介质，放电电极组件在接入电压时，产生放电并作用于流体介质，从而产生绝热膨胀气泡，绝热膨胀气泡推动流体介质流动，实现水下推进。本发明不仅可靠性高，而且结构简便、重量轻，能提高功率密度。

Description

一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置

技术领域

本发明涉及水下电推进领域，特别是涉及一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置。

背景技术

现有水下电推进装置主要有喷水推进、螺旋桨推进装置两大类，从能量转化角度看均为电能驱动螺旋桨或水泵等结构，将电能转化为机械能进而对水体做功产生推力。现有的推进技术装置主要存在以下问题：

内存在着大量的机械旋转部件，其对旋转密封要求较高，由于机械运动装置固有的摩擦与疲劳特性，其可靠性存在一定问题，对保养维护要求较高。并且，重量体积庞大，进一步限制了其在水下机器人、无人潜航器等小型水下载体上的使用，其功率密度也较低。

发明内容

基于此，本发明实施例提供一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，无机械旋转部件等活动部件，不仅可靠性高，而且结构简便、重量轻，能提高功率密度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，包括：推进流道和放电电极组件；所述推进流道为两端开口的腔体；所述放电电极组件位于所述推进流道内；所述放电电极组件包括至少一对放电电极对；

工作时，所述推进流道内通入流体介质，所述放电电极组件在接入电压时，产生放电并作用于所述流体介质，从而产生绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进。

可选的，所述放电电极对，包括：第一电极和第二电极；所述第一电极和所述第二电极的间距小于设定距离；

工作时，所述推进流道内通入所述流体介质，所述第一电极和所述第二电极接入高压电，所述第一电极和所述第二电极放出的高压电击穿所述流体介质，从而产生所述绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进；所述高电压为大于第一设定电压值的电压。

可选的，所述放电电极对，包括：第三电极和第四电极；所述第三电极和所述第四电极均为片状电极；所述第三电极和所述第四电极沿所述推进流道的径向相对设置；

工作时，所述推进流道内通入所述流体介质，所述第三电极和所述第四电极接入低压电，所述第三电极和所述第四电极发生电化学反应，对所述流体介质电解产生电解气体，当电解结束后，所述第三电极和所述第四电极接入高压电，所述第三电极和所述第四电极放出的高压电击穿所述电解气体，从而产生所述绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进；所述高电压为大于第一设定电压值的电压；所述低电压为小于第二设定电压值的电压；所述第一设定电压值大于或等于所述第二设定电压值。

可选的，所述多电极阵列脉冲放电水下推进装置，还包括：第一控制电路；

所述第一控制电路，包括：第一控制器、第一低压直流电源、第一电压转换电路、储能电容、隔离电压变送器和功率开关；

所述第一控制器分别与所述第一低压直流电源、所述第一电压转换电路、所述隔离电压变送器和所述功率开关连接；所述第一低压直流电源通过所述第一电压转换电路与所述储能电容连接；所述储能电容分别与所述隔离电压变送器和所述功率开关连接；所述功率开关分别与所述第一电极和所述第二电极连接；

所述第一控制器，用于：

当接收到动力控制信号时，根据所述隔离电压变送器测得的所述储能电容两端的电压，控制所述第一电压转换电路对接收到的直流电进行转换，得到所述高压电，所述高压电为所述储能电容充电；

控制所述功率开关将来自所述储能电容中的所述高压电接入所述第一电极和所述第二电极。

可选的，所述多电极阵列脉冲放电水下推进装置，还包括：第二控制电路；

所述第二控制电路，包括：第二控制器、第二低压直流电源、第二电压转换电路、电流传感器和继电器开关；

所述第二控制器分别与所述第二低压直流电源、所述第二电压转换电路、所述电流传感器和所述继电器开关连接；所述第二低压直流电源分别通过所述电流传感器以及所述第二电压转换电路与所述继电器开关连接；所述继电器开关分别与所述第三电极和所述第四电极连接；

所述第二控制器，用于：

当接收到动力控制信号时，控制所述第二低压直流电源依次通过所述电流传感器和所述继电器开关分别向所述第三电极和所述第四电极接入所述低压电，所述低压电用于所述流体介质电解；

当所述电流传感器的电流小于设定电流值时，控制所述第二电压转换电路对接收到的直流电进行转换，得到所述高压电，并将所述高压电经过所述继电器开关接入所述第三电极和所述第四电极。

可选的，所述推进流道，包括：进口部、出口部和电极安装部；所述电极安装部位于所述进口部和所述出口部之间；所述电极安装部用于设置所述放电电极组件；所述流体介质从所述进口部进入，从所述出口部流出。

可选的，所述进口部靠近所述电极安装部的截面面积大于所述进口部远离所述电极安装部的截面面积；所述出口部靠近所述电极安装部的截面面积小于所述出口部远离所述电极安装部的截面面积；所述电极安装部的截面面积均大于所述进口部的截面面积和所述出口部的截面面积。

可选的，所述进口部设置进口阀片；所述出口部设置出口阀片；所述进口阀片用于使外部的所述流体介质流入所述电极安装部；所述出口阀片用于使所述电极安装部内的所述流体介质流出。

可选的，所述第一电极和第二电极的间距为0.1mm；或者所述第一电极和所述第二电极的端部接触。

可选的，所述第三电极和所述第四电极沿所述推进流道的径向相对交错设置；

当所述放电电极组件包括多对放电电极时，所有的电极沿所述推进流道的径向相对等间隔交错设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提出了一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，当为放电电极组件通入电压时，放电电极组件产生放电并作用于流体介质，从而产生绝热膨胀气泡，绝热膨胀气泡推动流体介质流动，实现水下推进，该推进装置仅依靠设置于推进流道内的放电电极组件实现电能到机械能的转化，无机械旋转部件等活动部件，结构简单轻巧，由于无旋转等高速运动部件的存在，其可靠性高，不会因水下杂物发生缠绕或因吸入石子等杂物而损坏，同时，由于结构极简单，重量轻，因此，功率密度高。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电容储能大脉冲放电无阀流道类型的多电极阵列脉冲放电水下推进装置的结构图；

图2为本发明实施例提供的第一控制电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电容储能大脉冲放电有阀流道类型的多电极阵列脉冲放电水下推进装置的结构图；

图4为本发明实施例提供的电化学储能小脉冲放电无阀流道类型的多电极阵列脉冲放电水下推进装置的结构图；

图5为本发明实施例提供的第二控制电路的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电化学储能小脉冲放电有阀流道类型的多电极阵列脉冲放电水下推进装置的结构图；

图7为本发明实施例提供的电容储能类型的多电极阵列脉冲放电水下推进装置的工作流程图；

图8为本发明实施例提供的电化学储能类型的多电极阵列脉冲放电水下推进装置的工作流程图。

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。

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。

本实施例的多电极阵列脉冲放电水下推进装置，包括：推进流道和放电电极组件；所述推进流道为两端开口的腔体；所述放电电极组件位于所述推进流道内；所述放电电极组件包括至少一对放电电极对。

工作时，所述推进流道内通入流体介质，所述放电电极组件在接入电压时，产生放电并作用于所述流体介质，从而产生绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进。其推进原理基于物理化学效应，例如，基于物理效应的实现为：放电电极组件在流体介质(例如水)中通入高压直流或交流电(高压，通常为数百伏特至数千伏特)时，会在放电电极间发生击穿现象，流体介质击穿后在放电电极组件附近迅速汽化膨胀，从而产生绝热膨胀气泡，以实现水下推进；基于化学效应的实现为：放电电极组件在流体介质(例如水)中发生电化学电解效应，当流体介质中电极通入一定电压(低压，通常仅为数伏特至数十伏特)的直流电之后，会在电极附近发生电化学反应，产生电解气体(若流体介质为谁，则产生以氢气、氧气为主的气体)。

其中，所述推进流道，包括：进口部、出口部和电极安装部；所述电极安装部位于所述进口部和所述出口部之间；所述电极安装部用于设置所述放电电极组件；所述流体介质从所述进口部进入，从所述出口部流出。

为了促进推进流道内流体介质的单向流动，所述进口部靠近所述电极安装部的截面面积大于所述进口部远离所述电极安装部的截面面积，形成锥形口；所述出口部靠近所述电极安装部的截面面积小于所述出口部远离所述电极安装部的截面面积，形成锥形口；所述电极安装部的截面面积均大于所述进口部的截面面积和所述出口部的截面面积。

为了进一步保证推进流道内流体介质的单向流动，所述进口部还可以设置进口阀片；所述出口部还可以设置出口阀片；所述进口阀片用于使外部的所述流体介质流入所述电极安装部；所述出口阀片用于使所述电极安装部内的所述流体介质流出。

上述实施例的多电极阵列脉冲放电水下推进装置，根据放电电极对的排布方式以及施加脉冲放电具体形式的不同，以及推进流道有无阀片结构的不同可以分为四大子类型，四大子类型包括：1.电容储能大脉冲放电无阀流道类型；2.电容储能大脉冲放电有阀流道类型；3.电化学储能小脉冲放电无阀流道类型；4.电化学储能小脉冲放电有阀流道类型。上述四大子类型中，类型1和类型2基于电容储能大脉冲放电实现推进，类型3和类型4基于电化学能储能小脉冲放电实现推进。下面对各个子类型分别进行介绍。

1、电容储能大脉冲放电无阀流道类型

如图1所示，该多电极阵列脉冲放电水下推进装置，包括：推进流道1和放电电极组件；所述推进流道1为两端开口的腔体；所述放电电极组件位于所述推进流道1内；所述放电电极组件包括至少一对放电电极对。

所述放电电极对，包括：第一电极2和第二电极3；所述第一电极2和所述第二电极3的间距小于设定距离。工作时，所述推进流道1内通入所述流体介质，所述第一电极2和所述第二电极3接入高压电以产生高压大脉冲放电，所述第一电极2和所述第二电极3放出的高压电击穿所述流体介质，从而产生所述绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进；所述高电压为大于第一设定电压值的电压，在实际应用中，所述高电压为数百伏特至数千伏特的电压。

在一个示例中，放电电极组件可以位于推进流道1的中部，即进口部4和出口部5之间的电机安装部的中间；第一电极2和第二电极3的材质可以为金属或导电石墨材质，第一电极2和第二电极3的电极间距极短，约为0.1mm左右；第一电极2和第二电极3的材质也可选用表面接触电阻较大的电极材料，如铝电极，并使其两端轻微接触。

在一个示例中，多电极阵列脉冲放电水下推进装置，还包括：第一控制电路，第一控制电路位于推进流道1的外表面上，第一控制电路与所述放电电极组件电连接，所述第一控制电路用于向所述放电电极组件接入电压。如图2所示，所述第一控制电路，包括：第一控制器、第一低压直流电源、第一电压转换电路、储能电容、隔离电压变送器和功率开关。

所述第一控制器分别与所述第一低压直流电源、所述第一电压转换电路、所述隔离电压变送器和所述功率开关连接；所述第一低压直流电源通过所述第一电压转换电路与所述储能电容连接；所述储能电容分别与所述隔离电压变送器和所述功率开关连接；所述功率开关分别与所述第一电极2和所述第二电极3连接。

第一控制器连接数据总线，数据总线用于接收其他设备的动力控制信号；所述第一低压直流电源用于为第一控制器供电，并向所述第一电压转换电路发送直流电；所述隔离电压变送器用于测量储能电容两端电压并反馈给第一控制器；储能电容用于储存高压电能并释放产生高压大脉冲；功率开关，用于接通储能电容至放电电极组件产生高压大脉冲放电。

所述第一控制器，负责对外通讯及控制相关电路工作，第一控制器用于：当接收到动力控制信号时，根据所述隔离电压变送器测得的所述储能电容两端的电压，控制所述第一电压转换电路对接收到的直流电进行转换，得到所述高压电，所述高压电为所述储能电容充电；以及，控制所述功率开关将来自所述储能电容中的所述高压电接入所述第一电极2和所述第二电极3。

其中，所述第一电压转换电路，具体包括：第一逆变器、第一升压变压器和整流器；所述第一逆变器用于将第一低压直流电源输出的直流电变为交流电；所述第一升压变压器用于将第一逆变器输出的交流电升压为数十至数百伏的交流电；所述整流器用于将第一升压变压器输出的高压交流电变为高压直流电输给储能电容充电。

电容储能大脉冲放电无阀流道类型中的放电电极对为间距极近的放电电极，第一控制电路带有大容量高压的储能电容及大电流放电回路的功率开关，推进流道1为无阀片结构的非对称流道(非对称指的是流道两侧锥形口的开口方向会产生不同的流动阻力，例如：从左往右是流道逐渐增宽，从右往左流道逐渐收窄，迫使流体单向流动)，非对称流道的作用为使流道产生非对称的流动阻力促进流道内流体介质的单向流动。

电容储能大脉冲放电无阀流道类型的实现原理如下：

第一控制电路(带有大容量高压的储能电容及大电流放电回路的功率开关)在放电电极(为间距极近的放电电极)间产生高压脉冲放电，使得放电电极微小间隙间发生击穿作用，导致水介质发生电离成为等离子体，等离子体吸收高压脉冲能量，由于脉冲放电时间极短，因而使得电极间隙间的等离子体发生绝热膨胀过程，其内能转化为等离子体向四周膨胀的机械能，该过程推动放电电极所在流道内的流体单向运动，并经流道设计进一步压缩增速向后高速喷出形成推力。

2.电容储能大脉冲放电有阀流道类型

如图3所示，与电容储能大脉冲放电无阀流道类型的不同之处在于，在推进流道1的进口部4还可以设置进口阀片，在出口部5还可以设置出口阀片。进口阀片和出口阀片均为柔性材料制成的膜片状结构，根部固定于推进流道1内壁，进口阀片和出口阀片的关闭位置及打开位置如图3所示，图3中虚线表示阀片打开位置。进口阀片和出口阀片用于使推进流道1内流体介质单向流动，当流体从左往右流动时，进口阀片和出口阀片在流体压力作用下正常打开，当流体从右往左流动时，进口阀片和出口阀片在流体压力作用下闭合，阻止流体的反向流动。

电容储能大脉冲放电有阀流道类型中的放电电极对为间距极近的放电电极，第一控制电路带有大容量高压的储能电容及大电流放电回路的功率开关，推进流道1为有阀片结构的流道。阀片结构的流道的作用为使流道产生非对称的流动阻力促进流道内流体介质单向流动。电容储能大脉冲放电有阀流道类型与电容储能大脉冲放电无阀流道类型的实现原理相同，在此不再赘述。

3.电化学储能小脉冲放电无阀流道类型

如图4所示，该多电极阵列脉冲放电水下推进装置，包括：推进流道1和放电电极组件；所述推进流道1为两端开口的腔体；所述放电电极组件位于所述推进流道1内；所述放电电极组件包括至少一对放电电极对。

所述放电电极对，包括：第三电极6和第四电极7；所述第三电极6和所述第四电极7均为片状电极；所述第三电极6和所述第四电极7沿所述推进流道1的径向相对设置。工作时，所述推进流道1内通入所述流体介质，所述第三电极6和所述第四电极7接入低压电，所述第三电极6和所述第四电极7发生电化学反应，对所述流体介质电解产生电解气体(电解时，放电电极对中的一个电极作为阳极，一个电极作为阴极，例如，第三电极6作为阳极，第四电极7作为阴极)，当电解结束后，所述第三电极6和所述第四电极7接入高压电，所述第三电极6和所述第四电极7放出的高压电击穿所述电解气体，从而产生所述绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进；所述高电压为大于第一设定电压值的电压；所述低电压为小于第二设定电压值的电压；所述第一设定电压值大于或等于所述第二设定电压值。在实际应用中，所述高电压为数百伏特至数千伏特的电压；所述低电压为数伏特至数十伏特的电压。

在一个示例中，所述第三电极6和所述第四电极7沿所述推进流道1的径向相对交错设置；当所述放电电极组件包括多对放电电极时，所有的电极沿所述推进流道1的径向相对等间隔交错设置，如图4所示。

在一个示例中，多电极阵列脉冲放电水下推进装置，还包括：第二控制电路，第二控制电路位于推进流道1的外表面上。

如图5所示，所述第二控制电路，包括：第二控制器、第二低压直流电源、第二电压转换电路、电流传感器和继电器开关。

所述第二控制器分别与所述第二低压直流电源、所述第二电压转换电路、所述电流传感器和所述继电器开关连接；所述第二低压直流电源分别通过所述电流传感器以及所述第二电压转换电路与所述继电器开关连接；所述继电器开关分别与所述第三电极6和所述第四电极7连接。

第二控制器连接数据总线，数据总线用于接收其他设备的动力控制信号；所述第二低压直流电源用于为第二控制器供电，并向所述第二电压转换电路发送直流电；电流传感器，用于测量电解过程中的电极电流并反馈给第二控制器；继电器开关用于将电极(第三电极6和所述第四电极7)分别接通至第二低压直流电源供给的电解电压及倍压整流器供给的高压直流电。

所述第二控制器，负责对外通讯及控制相关电路工作，第二控制器用于：当接收到动力控制信号时，控制所述第二低压直流电源依次通过所述电流传感器和所述继电器开关分别向所述第三电极6和所述第四电极7接入所述低压电，所述低压电用于所述流体介质电解；以及，当所述电流传感器的电流小于设定电流值时，控制所述第二电压转换电路对接收到的直流电进行转换，得到所述高压电，并将所述高压电经过所述继电器开关接入所述第三电极6和所述第四电极7。

其中，所述第二电压转换电路，具体包括：第二逆变器、第二升压变压器和倍压整流器。所述第二逆变器用于将第二低压直流电源输出的直流电变为交流电；所述第二升压变压器用于将第二逆变器输出的交流电升压为数十至数百伏的交流电；倍压整流器用于将第二升压变压器输出的高压交流电变为高压直流电(数千伏至数十千伏)。

电化学储能小脉冲放电无阀流道类型的放电电极对为大表面积电极，用于产生较大接触面积快速电解流体介质，第二控制电路带有能输出两种不同的直流电压结构，第一种为低压(1-36V)大电流(1A-10A)输出，第二种为高压(数百至数千伏特)脉冲放电输出。推进流道1为无阀片结构的非对称流道。所述非对称流道的作用为使流道产生非对称的流动阻力促进流道内流体介质单向流动。

电化学储能小脉冲放电无阀流道类型的实现原理为：

第二控制电路(带有能输出两种不同的直流电压结构)在放电电极(为大表面积电极用于产生较大接触面积快速电解流体介质)间首先输出较低电压直流电(低压(1-36V)大电流(1A-10A))对放电电极附近流体介质进行电解过程，产生的混合气体(氢气、氧气、氯气等)储存于流道内，随着流道内气体增多将流道内流体介质挤出，电解过程自动停止，此时高压脉冲发生及控制电路向放电电极施加一高压脉冲(数百至数千伏特)击穿混合气体，产生电火花引爆流道内混合气体，产生高速爆轰波，由于引爆时间极短，因而使得流道内气体发生绝热膨胀过程，推动所在流道内的流体单向运动，并经流道设计进一步压缩增速向后高速喷出形成推力。

4.电化学储能小脉冲放电有阀流道类型

如图6所示，与上述电化学储能小脉冲放电无阀流道类型的不同之处在于，在推进流道1的进口部4还可以设置进口阀片，在出口部5还可以设置出口阀片。进口阀片和出口阀片均为柔性材料制成的膜片状结构，根部固定于推进流道1内壁，进口阀片和出口阀片的关闭位置及打开位置如图6所示，图6中虚线表示阀片打开位置。进口阀片和出口阀片用于使推进流道1内流体介质单向流动，当流体从左往右流动时，进口阀片和出口阀片在流体压力作用下正常打开，当流体从右往左流动时，进口阀片和出口阀片在流体压力作用下闭合，阻止流体的反向流动。

电化学储能小脉冲放电有阀流道类型，的放电电极对为大表面积电极，用于产生较大接触面积快速电解流体介质，第二控制电路带有能输出两种不同的直流电压，第一种为低压(1-36V)大电流(1A-10A)输出，第二种为高压(数百至数千伏特)脉冲放电输出。推进流道1为有阀片结构的流道，有阀片结构的流道的作用为使流道产生非对称的流动阻力促进流道内流体介质单向流动。

电化学储能小脉冲放电有阀流道类型的实现原理与电化学储能小脉冲放电无阀流道类型的实现原理相同，在此不再赘述。

参见图7，下面对电容储能类型(电容储能大脉冲放电无阀流道类型和电容储能大脉冲放电有阀流道类型)的多电极阵列脉冲放电水下推进装置的工作流程进行详细说明，其中，图7中a表示电极间放电，b表示电极间膨胀气泡，c表示气泡膨胀压力液，d表示进口部4流场流线，e表示出口部5流场流线。

第一控制器接收来自数据总线的动力控制信号，按照动力控制信号的要求，第一控制器驱动第一逆变器将低压直流电转换为交流电，转换的交流电经第一升压变压器转换为高压交流电，高压交流电经整流器整流后变为数百伏左右的直流电对储能电容充电，经隔离电压变送器反馈储能电容两端的电压给第一控制器，第一控制器调节第一逆变器输出的交流电压大小将储能电容两端的电压调节至需要的大小(调节电压可以控制释放能量大小进而控制推力大小)。第一控制器打开功率开关，通过功率开关将储能电容两端接通至放电电极组件，放电电极组件两端高电压击穿电极间流体介质，在推进流道1内产生绝热膨胀气泡推动将推进流道1内的流体介质挤出，由于流道非对称设计(有阀/无阀结构均为非对称设计的一种形式)使得流道内流体介质产生单向流动，主要从流道出口向后喷出，产生反推力，进而实现水下推进。

当推进流道1内绝热膨胀气泡由于温度下降达到扩张极限进而在水压下收缩，将推进流道1外的流体介质吸入推进流道1内，由于流道非对称设计(有阀/无阀结构均为非对称设计的一种形式)使得流道内流体介质产生单向流动，主要从流道进口向后重新进入流道内部，一定时间间隔后第一控制器重复上述流程完成下一次脉冲推进过程。

参见图8，下面对电化学储能类型(电化学储能小脉冲放电无阀流道类型和电化学储能小脉冲放电有阀流道类型)的多电极阵列脉冲放电水下推进装置的工作流程进行详细说明，其中，图8中f表示氢氧混合气体。

第二控制器接收来自数据总线的动力控制信号，按照动力控制信号的要求，第二控制器首先控制继电器开关接通放电电极组件与电流传感器，第二低压直流电源输出低压电解电压经电流传感器、继电器开关至放电电极组件，将推进流道1内的流体介质电解，分别于阳极、阴极产生氢氧混合气体，待电流传感器电流低于一定值时，第二控制器判断电解过程结束，此时氢氧混合气体充满了推进流道1内部。第二控制器驱动第二逆变器将低压直流电转换为交流电，交流电经过第二升压变压器升压转换为高压交流电，高压交流电经倍压整流器整流后变为数千伏至数十千伏左右的直流电，第二控制器驱动继电器开关将倍压整流器产生的高压直流电接通至放电电极组件，放电电极组件两端高电压击穿电极间氢氧混合气体产生爆轰波，在推进流道1内产生绝热膨胀气泡将推进流道1内流体介质挤出，由于流道非对称设计(有阀/无阀结构均为非对称设计的一种形式)使得流道内流体介质产生单向流动，主要从流道出口向后喷出，产生反推力，进而实现水下推进。

当推进流道1内绝热膨胀气泡由于温度下降达到扩张极限进而在水压下收缩，将推进流道1外的流体介质吸入推进流道1内，由于流道非对称设计(有阀/无阀结构均为非对称设计的一种形式)使得流道内流体介质产生单向流动，主要从流道进口向后重新进入流道内部，一定时间间隔后第二控制器重复上述流程完成下一次脉冲推进过程。

本实施例的多电极阵列脉冲放电水下推进装置，与现有的水下推进装置相比，具有如下优点：

(1)结构简单轻巧，无活动部件可靠性高。本实施例仅由放电电极组件、和推进流道组成，其中用于实现电能到机械能转化的核心部件仅为放电电极组件，因而结构极其简单，重量极轻(仅重数百毫克)，能实现极高的功率密度。由于无旋转等高速运动部件的存在，其可靠性极高，不会因水下杂物发生缠绕、或因吸入石子等杂物而损坏。

(2)易于微型化。本实施例对放电电极组件、推进流道的尺寸无理论限制，其加工制备工艺成熟，基于本实施例，可实现毫米级、厘米级微小型水下推进装置的开发。小型化、高功率密度的水下推进器，适用于小型水下机器人、无人潜航器、超高速鱼雷等特殊应用环境。

(3)推进速度上限远高于现有水下推进技术。现有螺旋桨推进装置极限速度仅为数十节左右。螺旋桨推力大小与运动载体的运动速度有关，随着运动载体速度增加，来流速度增加相对螺旋桨叶片的攻角减小，导致螺旋桨推力下降，因而现有螺旋桨推进器其极限速度仅为40-50节左右，为实现更高的推进速度，需要提高螺旋桨转速，而这会导致桨尖附近出现空泡现象，导致螺旋桨表面的快速磨损与气蚀现象。本实施例在工作过程中均以爆轰波等脉冲方式工作，其喷流速度理论上限可达到数千米每秒，远高于现有推进方式(数百倍于现有方式)。

(4)推进效率高。由于本实施例的能量转化过程工作在绝热膨胀循环，理论热效率上限高达49％。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文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 (8)

1.一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，其特征在于，包括：推进流道和放电电极组件；所述推进流道为两端开口的腔体；所述放电电极组件位于所述推进流道内；所述放电电极组件包括至少一对放电电极对；

工作时，所述推进流道内通入流体介质，所述放电电极组件在接入电压时，产生放电并作用于所述流体介质，从而产生绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进；

所述放电电极对，包括：第一电极和第二电极；所述第一电极和所述第二电极的间距小于设定距离；

工作时，所述推进流道内通入所述流体介质，所述第一电极和所述第二电极接入高压电，所述第一电极和所述第二电极放出的高压电击穿所述流体介质，从而产生所述绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进；所述高压电为大于第一设定电压值的电压；

或者，所述放电电极对，包括：第三电极和第四电极；所述第三电极和所述第四电极均为片状电极；所述第三电极和所述第四电极沿所述推进流道的径向相对设置；

工作时，所述推进流道内通入所述流体介质，所述第三电极和所述第四电极接入低压电，所述第三电极和所述第四电极发生电化学反应，对所述流体介质电解产生电解气体，当电解结束后，所述第三电极和所述第四电极接入高压电，所述第三电极和所述第四电极放出的高压电击穿所述电解气体，从而产生所述绝热膨胀气泡，所述绝热膨胀气泡推动所述流体介质流动，实现水下推进；所述高压电为大于第一设定电压值的电压；所述低压电为小于第二设定电压值的电压；所述第一设定电压值大于或等于所述第二设定电压值。

2.根据权利要求1所述的一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，其特征在于，还包括：第一控制电路；

所述第一控制电路，包括：第一控制器、第一低压直流电源、第一电压转换电路、储能电容、隔离电压变送器和功率开关；

所述第一控制器分别与所述第一低压直流电源、所述第一电压转换电路、所述隔离电压变送器和所述功率开关连接；所述第一低压直流电源通过所述第一电压转换电路与所述储能电容连接；所述储能电容分别与所述隔离电压变送器和所述功率开关连接；所述功率开关分别与所述第一电极和所述第二电极连接；

所述第一控制器，用于：

当接收到动力控制信号时，根据所述隔离电压变送器测得的所述储能电容两端的电压，控制所述第一电压转换电路对接收到的直流电进行转换，得到所述高压电，所述高压电为所述储能电容充电；

控制所述功率开关将来自所述储能电容中的所述高压电接入所述第一电极和所述第二电极。

3.根据权利要求1所述的一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，其特征在于，还包括：第二控制电路；

所述第二控制电路，包括：第二控制器、第二低压直流电源、第二电压转换电路、电流传感器和继电器开关；

所述第二控制器分别与所述第二低压直流电源、所述第二电压转换电路、所述电流传感器和所述继电器开关连接；所述第二低压直流电源分别通过所述电流传感器以及所述第二电压转换电路与所述继电器开关连接；所述继电器开关分别与所述第三电极和所述第四电极连接；

所述第二控制器，用于：

当接收到动力控制信号时，控制所述第二低压直流电源依次通过所述电流传感器和所述继电器开关分别向所述第三电极和所述第四电极接入所述低压电，所述低压电用于所述流体介质电解；

当所述电流传感器的电流小于设定电流值时，控制所述第二电压转换电路对接收到的直流电进行转换，得到所述高压电，并将所述高压电经过所述继电器开关接入所述第三电极和所述第四电极。

4.根据权利要求1所述的一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，其特征在于，所述推进流道，包括：进口部、出口部和电极安装部；所述电极安装部位于所述进口部和所述出口部之间；所述电极安装部用于设置所述放电电极组件；所述流体介质从所述进口部进入，从所述出口部流出。

5.根据权利要求4所述的一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，其特征在于，所述进口部靠近所述电极安装部的截面面积大于所述进口部远离所述电极安装部的截面面积；所述出口部靠近所述电极安装部的截面面积小于所述出口部远离所述电极安装部的截面面积；所述电极安装部的截面面积均大于所述进口部的截面面积和所述出口部的截面面积。

6.根据权利要求4或5所述的一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，其特征在于，所述进口部设置进口阀片；所述出口部设置出口阀片；所述进口阀片用于使外部的所述流体介质流入所述电极安装部；所述出口阀片用于使所述电极安装部内的所述流体介质流出。

7.根据权利要求1所述的一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，其特征在于，所述第一电极和第二电极的间距为0.1mm；或者所述第一电极和所述第二电极的端部接触。

8.根据权利要求1所述的一种多电极阵列脉冲放电水下推进装置，其特征在于，

所述第三电极和所述第四电极沿所述推进流道的径向相对交错设置；

当所述放电电极组件包括多对放电电极时，所有的电极沿所述推进流道的径向相对等间隔交错设置。

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