CN114426101B - 一种跨介质动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种跨介质动力装置,其技术方案要点是该跨介质动力装置包括后燃室推进系统、涡喷发动机推进系统和爆炸螺栓,后燃室推进系统通过爆炸螺栓与涡喷发动机推进系统串行连接，当处于水下潜行状态时，后燃室推进系统提供动力，当处于水上飞行状态时，该跨介质动力装置处于转换模式，后燃室推进系统推力提升，通过爆炸螺栓将后燃室推进系统整体脱离，涡喷发动机推进系统启动加速到最大状态进行突袭。该跨介质动力装置实现水下潜行/跟踪和掠水面超声速飞行功能，具备较好的隐蔽性和突发性的能力，该跨介质动力装置结构简单易于实现，同时大幅度提升续航能力从而扩大航程。

Description

一种跨介质动力装置

技术领域

本发明属于航空动力装置技术领域，具体涉及一种跨介质动力装置。

背景技术

跨介质飞行是未来飞行器重点发展方向之一，可实现水下潜航和空中飞行，可开辟一种新型飞行方式。目前美俄等国均提出发展相关计划，但目前无相关具体报导。由于空中和水下动力的工作方式各具特点且相差较大，在结构上难以统一。当前动力系统大多采用两者简单的组合，空中动力一般采用涡轮发动机和活塞发动机，水下动力采用电机驱动。空中动力系统结构不紧凑、推进效率低，水下电机驱动受电池能量密度约束，运行时间及航程较短，由此需要开发一套新系统解决跨介质飞行中空中飞行推进效率低和水下潜航运行航程短的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跨介质动力装置，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：

所述跨介质动力装置包括：后燃室推进系统、涡轮发动机推进系统和爆炸螺栓。所述后燃室推进系统用于水下潜行和/或脱离水面时给所述跨介质动力装置提供动力，所述涡喷发动机用于水上飞行时给所述跨介质动力装置提供动力，所述爆炸螺栓在脱离水面时与所述后燃室推进系统断裂脱落。所述后燃室推进系统与所述爆炸螺栓连接，所述涡轮发动机推进系统与所述爆炸螺栓连接，所述后燃室推进系统与所述涡轮发动机推进系统通过后燃室挡板连接，所述爆炸螺栓位于所述后燃室挡板上方。所述跨介质动力装置结构简单且易于实现。

进一步，所述后燃室推进系统包括后燃室、对转涡轮、对转推进浆，所述后燃室通过燃烧燃气产生驱动力，所述对转涡轮在所述后燃室的驱动下产生动力，所述对转推进浆在所述对转涡轮的驱动下产生推力，所述后燃室通过涡轮导叶与所述对转涡轮连接，所述对转涡轮与所述对转推进浆连接。所述后燃室推进系统可大幅提升续航能力从而扩大攻击范围。

进一步，所述涡轮发动机推进系统包括：低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、收缩喷管、低压轴和高压轴。所述低压压气机用于压缩空气产生低压压缩空气，所述高压压气机用于压缩空气产生高压压缩空气，在所述燃烧室内所述高压压缩空气与染料混合，并点火燃烧，产生燃气，所述高压涡轮由所述燃气推进，同时所述高压涡轮用于驱动所述高压压气机，所述低压涡轮由所述燃气推进，同时所述低压涡轮用于驱动所述低压压气机，所述收缩喷管用于排出燃气，产生推力，所述低压轴连接所述低压涡轮和所述低压压气机，所述高压轴连接所述高压涡轮和所述高压压气机。所述低压压气机通过所述低压轴与所述低压涡轮连接，所述高压压气机通过所述高压轴与所述高压涡轮连接，所述低压压气机和低压涡轮连接回路与所述高压压气机和高压涡轮连接回路并行设置，所述低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、收缩喷管依次共轴设置。

进一步，所述后燃室推进系统和所述涡轮发动机推进系统通过所述爆炸螺栓串行连接。所述爆炸螺栓为水下长时间潜行和水上快速飞行之间的动力装置转换模式提供可能。

进一步，所述跨介质动力装置使用跨介质动力从水下潜行到水上飞行之间的动力装置转换模式。

进一步，所述跨介质动力装置处于水下潜行时，所述后燃室燃烧产生燃气驱动所述对转涡轮带动所述对转推进浆，实现水中潜行。

进一步，所述跨介质动力装置当获取出水信号后，所述后燃室推进系统推力提升，所述后燃室推进系统通过所述爆炸螺栓断裂与所述涡轮发动机推进系统脱离，所述涡轮发动机启动并加速至最大速度状态，通过收缩喷管产生推力，实现水上飞行。

进一步，所述后燃室推进系统通过泵入氧化剂和还原剂在后燃室燃烧驱动对转涡轮，所述对转涡轮对所述对转推进浆产生推力。

进一步，所述跨介质动力装置当获取出水信号后，所述后燃室推进系统通过增加喷入氧化剂和还原剂的流量，所述对转涡轮出口气流速度和所述对转推进浆转速提高，所述后燃室推进系统推力提升。所述喷入氧化剂和还原剂的流量的增加实现了所述后燃室推进系统推力快速提升。

进一步，所述跨介质动力装置在离开水面后，所述后燃室推进系统推力提升，所述后燃室、对转涡轮、对转推进浆通过所述爆炸螺栓断裂与所述涡轮发动机推进系统脱离。

进一步，所述跨介质动力装置在离开水面后，所述涡轮发动机推进系统启动并在所述后燃室推进系统的推力下加速至最大速度状态，形成超音速涡喷动力，实现水上飞行，用于对目标的突袭。

本发明的技术效果和优点：该跨介质动力装置通过爆炸螺栓串行连接后燃室推进系统和涡轮发动机推进系统，所述后燃室推进系统为水下潜行提供动力，所述涡轮发动机推进系统为水上飞行提供动力，当收到出水信号，所述爆炸螺栓断裂，所述后燃室推进系统与所述涡轮发动机推进系统脱离，所述涡轮发动机推进系统启动并加速至最大速度状态，进行突袭。该跨介质动力装置实现水下潜行/跟踪和掠水面超声速飞行功能，具备较好的隐蔽性和突发性的能力，相对离合器进行模式切换方式，该跨介质动力装置结构简单易于实现，相对于电池驱动方式，该跨介质动力装置可大幅度提升续航能力从而扩大航程。

附图说明

图1为本发明的跨介质动力装置结构示意图；

图2为本发明的涡喷发动机结构示意图；

图中：101-低压压气机；102-高压压气机；103-燃烧室；104-高压涡轮；105-低压涡轮；106-收缩喷管；107-外机匣；108-低压轴；109-高压轴；110-爆炸螺栓；111-后燃室挡板；112-后燃室；113-涡轮导叶；114对转涡轮；115对转推进浆。

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。

本发明提供了如图1的一种跨介质动力装置，图1中101-低压压气机，102-高压压气机，103-燃烧室，104-高压涡轮，105-低压涡轮，106-收缩喷管，107-外机匣，108-低压轴，109-高压轴，110-爆炸螺栓，111-后燃室挡板，112-后燃室，113-涡轮导叶，114对转涡轮，115对转推进浆。

所述跨介质动力装置包括后燃室推进系统、涡轮发动机推进系统、爆炸螺栓110。所述后燃室推进系统用于水下潜行和/或脱离水面时给所述跨介质动力装置提供动力，所述涡轮发动机推进系统用于水上飞行时给所述跨介质动力装置提供动力，所述爆炸螺栓110用于脱离水面与后燃室推进系统断裂脱落。所述后燃室推进系统与所述爆炸螺栓连接，所述涡轮发动机推进系统与所述爆炸螺栓110连接，所述后燃室推进系统与所述涡轮发动机推进系统通过后燃室挡板111连接，所述爆炸螺栓110位于所述后燃室挡板111上方。

所述后燃室推进系统包括后燃室112、对转涡轮114、对转推进浆115。所述后燃室112燃烧燃气产生驱动力，所述对转涡轮114在所述后燃室的驱动下产生动力，所述对转推进浆115在所述对转涡轮的驱动下产生推力。所述后燃室112通过涡轮导叶113与所述对转涡轮114连接，所述对转涡轮114与所述对转推进浆115连接。

所述涡轮发动机推进系统包括低压压气机101、高压压气机102、燃烧室103、高压涡轮104、低压涡轮105、收缩喷管106、低压轴108、高压轴109。所述低压压气机101用于压缩空气产生低压压缩空气，所述高压压气机102用于压缩空气产生高压压缩空气，在所述燃烧室103内所述高压压缩空气与染料混合，并点火燃烧，产生燃气，所述高压涡轮104由所述燃气推进，同时所述高压涡轮104用于驱动所述高压压气机102，所述低压涡轮105由所述燃气推进，同时所述低压涡轮105用于驱动所述低压压气机101，所述收缩喷管106用于排出燃气，产生推力，所述低压轴108连接低压涡轮105和所述低压压气机101，所述高压轴109连接所述高压涡轮104和所述高压压气机102。所述低压压气机101通过所述低压轴108与所述低压涡轮105连接，所述高压压气机102通过所述高压轴109与所述高压涡轮104连接，所述低压压气机和低压涡轮连接回路与所述高压压气机和高压涡轮连接回路并行设置，所述低压压气机101、高压压气机102、燃烧室103、高压涡轮104、低压涡轮105、收缩喷管106依次共轴设置，如图1所示。

所述涡喷发动机结构示意图如图2所示。所述涡喷发动机包括低压压气机101、高压压气机102、燃烧室103、高压涡轮104、低压涡轮105，所述低压压气机101、高压压气机102、燃烧室103、高压涡轮104、低压涡轮105在同一轴线上。所述高压压气机102与所述高压涡轮104通过高压轴109连接，所述高压轴109为空心轴。所述低压压气机101与所述低压涡轮105通过低压轴108连接。所述低压轴108从中间穿过所述高压轴109，所述低压轴前端连接低压压气机101，所述低压轴后端连接低压涡轮105，所述低压涡轮后端为发动机机匣收缩喷管106。

所述低压压气机101与高压压气机102高速旋转将进口空气压缩成高压空气，所述高压空气进入燃烧室103后与燃料快速混合，所述高压空气混合后燃烧形成高温、高压的燃气，所述高温、高压的燃气驱动高压涡轮104的转子快速旋转，所述高压涡轮104通过高压涡轮轴109与高压压气机102连接，所述高压涡轮104驱动所述高压压气机转子以相同的速度旋转，燃气的温度和压力降低，所述离开高压涡轮104的燃气继续驱动低压涡轮105转子高速旋转，所述低压涡轮105转子通过低压涡轮轴108与所述低压压气机101连接，所述低压压气机101与所述低压涡轮105以相同的速度旋转，所述低压涡轮105产生的燃气通过收缩喷管106排出，并产生推力。

所述后燃室推进系统和所述涡轮发动机推进系统通过所述爆炸螺栓110串行连接。

所述跨介质动力装置使用跨介质动力从水下潜行到水上飞行之间的动力装置转换模式。

所述跨介质动力装置处于水下潜行时，所述后燃室112燃烧产生燃气驱动所述对转涡轮114带动所述对转推进浆115，实现水中较长的潜行航程。

所述跨介质动力装置当获取出水信号后，所述后燃室推进系统推力提升，所述后燃室推进系统通过所述爆炸螺栓110断裂与所述涡轮发动机推进系统脱离，所述涡轮发动机启动并加速至最大速度状态，通过收缩喷管产生推力，实现水上飞行。

所述跨介质动力装置实现从水下潜行到水上飞行转换模式。所述水下潜行模式通过可调流量的泵入氧化剂和还原剂在后燃室112燃烧，所述后燃室112燃烧驱动对转涡轮114和对转推进浆115产生推力。所述水上飞行模式为接到出水信号后，所述跨介质动力装置在快接近水面调整姿态斜向上，通过增加泵入氧化剂和还原剂的流量，提高对转推进浆115转速和对转涡轮114出口气流速度来提升推力，所述跨介质动力装置在离开水面后进气口弹开，所述后燃室112、对转涡轮114、对转推进浆115和后燃室挡板111通过所述爆炸螺栓110断裂脱离，同时所述涡轮发动机推进系统启动并在所述后燃室推进系统的推力下达到最大速度状态（一般2～3秒）对目标进行突袭。

工作原理：该跨介质动力装置构型通过爆炸螺栓串行连接后燃室推进系统和涡轮发动机推进系统，所述后燃室推进系统包括后燃室、对转涡轮、对转推进浆，当处于水下潜行时，所述后燃室推进系统通过所述后燃室燃烧产生高温高压燃气驱动对转涡轮，所述对转涡轮带动所述对转推进浆，所述对转涡轮产生用于水下潜行的动力；当获取出水信号，所述后燃室推进系统推力提升，所述爆炸螺栓断裂，所述后燃室推进系统与所述涡轮发动机推进系统脱离，所述涡轮发动机推进系统启动并加速至最大速度状态，进行突袭。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (9)

1.一种跨介质动力装置，其特征在于：所述跨介质动力装置包括：

后燃室推进系统，所述后燃室推进系统用于水下潜行和/或脱离水面时给所述跨介质动力装置提供动力；所述后燃室推进系统包括对转涡轮（114）、对转推进浆（115），所述对转涡轮（114）与所述对转推进浆（115）连接；

涡轮发动机推进系统，所述涡轮发动机推进系统用于水上飞行时给所述跨介质动力装置提供动力；

爆炸螺栓（110），所述爆炸螺栓（110）在脱离水面时与所述后燃室推进系统断裂脱落；

所述后燃室推进系统与所述爆炸螺栓连接，所述涡轮发动机推进系统与所述爆炸螺栓（110）连接，所述后燃室推进系统与所述涡轮发动机推进系统通过后燃室挡板（111）连接，所述爆炸螺栓（110）位于所述后燃室挡板（111）上方；

所述跨介质动力装置当获取出水信号后，所述后燃室推进系统推力提升，所述后燃室推进系统通过所述爆炸螺栓（110）断裂与所述涡轮发动机推进系统脱离，所述涡轮发动机启动并加速至最大速度状态，通过收缩喷管（106）产生推力，实现水上飞行；

所述跨介质动力装置当获取出水信号后，所述后燃室推进系统通过增加喷入氧化剂和还原剂的流量，所述对转涡轮（114）出口气流速度和所述对转推进浆（115）转速提高，所述后燃室推进系统推力提升。

2.根据权利要求1所述的一种跨介质动力装置，其特征在于：所述后燃室推进系统还包括后燃室（112），所述后燃室通过燃烧燃气产生驱动力，所述对转涡轮（114）在所述后燃室的驱动下产生动力，所述对转推进浆（115）在所述对转涡轮的驱动下产生推力，所述后燃室（112）通过涡轮导叶（113）与所述对转涡轮（114）连接。

3.根据权利要求1所述的一种跨介质动力装置，其特征在于：所述涡轮发动机推进系统包括：

低压压气机（101），所述低压压气机（101）用于压缩空气产生低压压缩空气；

高压压气机（102），所述高压压气机（102）用于压缩空气产生高压压缩空气；

燃烧室（103），在所述燃烧室（103）内所述高压压缩空气与染料混合，并点火燃烧，产生燃气；

高压涡轮（104），所述高压涡轮（104）由所述燃气推进，同时所述高压涡轮（104）用于驱动所述高压压气机（102）；

低压涡轮（105），所述低压涡轮（105）由所述燃气推进，同时所述低压涡轮（105）用于驱动所述低压压气机（101）；

收缩喷管（106），所述收缩喷管（106）用于排出燃气，产生推力；

低压轴（108），所述低压轴（108）连接所述低压涡轮（105）和所述低压压气机（101）；

高压轴（109），所述高压轴（109）连接所述高压涡轮（104）和所述高压压气机（102）；

所述低压压气机（101）通过所述低压轴（108）与所述低压涡轮（105）连接，所述高压压气机（102）通过所述高压轴（109）与所述高压涡轮（104）连接，所述低压压气机和低压涡轮连接回路与所述高压压气机和高压涡轮连接回路并行设置，所述低压压气机（101）、高压压气机（102）、燃烧室（103）、高压涡轮（104）、低压涡轮（105）、收缩喷管（106）依次共轴设置。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种跨介质动力装置，其特征在于：所述后燃室推进系统和所述涡轮发动机推进系统通过所述爆炸螺栓（110）串行连接。

5.根据权利要求1所述的一种跨介质动力装置，其特征在于：所述跨介质动力装置使用跨介质动力从水下潜行到水上飞行之间的动力装置转换模式。

6.根据权利要求2所述的一种跨介质动力装置，其特征在于：所述跨介质动力装置处于水下潜行时，所述后燃室（112）燃烧产生燃气驱动所述对转涡轮（114）带动所述对转推进浆（115），实现水中潜行。

7.根据权利要求6所述的一种跨介质动力装置，其特征在于：所述后燃室推进系统通过泵入氧化剂和还原剂在后燃室（112）燃烧驱动对转涡轮（114），所述对转涡轮（114）对所述对转推进浆（115）产生推力。

8.根据权利要求1所述的一种跨介质动力装置，其特征在于：所述跨介质动力装置在离开水面后，所述后燃室推进系统推力提升，所述后燃室（112）、对转涡轮（114）、对转推进浆（115）通过所述爆炸螺栓（110）断裂与所述涡轮发动机推进系统脱离。

9.根据权利要求1所述的一种跨介质动力装置，其特征在于：所述跨介质动力装置在离开水面后，所述涡轮发动机推进系统启动并在所述后燃室推进系统的推力下加速至最大速度状态。