CN117507703A - 一种跨介质组合发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种跨介质组合发动机，其特征在于，由水冲压系统、固体火箭系统和连续旋转爆震冲压系统通过机械方式组合而成。本发明的跨介质组合发动机，其对水冲压发动机、固体火箭发动机和连续旋转爆震冲压发动机进行了有机耦合，水冲压系统与固体火箭系统进行串联，而连续旋转爆震冲压系统并联在水冲压系统外侧，实现了组合发动机水下水冲压系统快速潜航，固体火箭系统出水加速，空中连续旋转爆震冲压系统高速飞行的动力需求，为水‑空跨介质飞行器匹配了一种高效的动力系统。
Description
技术领域
本发明属于跨介质动力系统领域，涉及一种跨介质组合发动机。
背景技术
跨介质飞行器是目前备受关注的新一代飞行装置，其能利用水下、水面和空中多种飞航模式的变换，实现在水-空介质中的航渡，以执行跨域信息侦察、水面舰艇高效打击、跨介质搜救等跨介质任务。但现存的跨介质装备存在航行距离短、水下潜航速度低、空中飞行速度有限、跨介质过程缓慢等问题，其关键在于没有配置适应跨介质工作的高效动力系统。
如美国的鸬鹚跨介质无人机，其先在高压气体推动下冲出水面，然后在固体火箭推进器的辅助下起飞。完成任务后，鸬鹚无人机先通过减速伞减速，然后像鸬鹚一样扎入水中，在水中处于无动力漂浮状态，直到被水下航行器探测并回收。法国埃利乌斯水下无人机装有2台发动机，一台是电动涡轮机，另一台是航空煤油发动机，在水上滑行起降，飞行时展开机翼，潜水航行时折叠机翼。这两种装备跨介质过程都比较缓慢，水下和空中的飞航速度和距离也受到限制，在应急作战和远程任务中的使用存在较大限制。
在新型动力装置方面，水反应冲压推进系统适用于水下喷射推进，由于不用携带氧化剂，具有比固体火箭发动机更大的比冲，是超高速长航程水下装备的理想推进系统。而连续旋转爆震发动机是基于爆震燃烧的新型发动机，采用环形燃烧室，燃料和氧化剂沿轴向喷注，可实现连续爆震燃烧，结构紧凑，并相较于传统涡轮、冲压发动机有着更高的比冲和燃烧效率。
常规动力系统只能满足单一介质中飞行器的动力需求，现有的跨介质动力系统也是在常规动力系统上的适应性改进，导致航行距离相对有限、水下潜航速度低、空中飞行速度慢、跨介质过程缓慢，这大大增加了装备被发现的风险和使用中的限制。
发明内容
本发明的目的是：为解决跨介质飞行器的动力问题，本发明提出了一种跨介质组合发动机，水下采用水冲压发动机工作，跨介质出水采用固体火箭助推，空中高速飞行配备了连续旋转爆震冲压系统，能实现飞行器水下快速潜航-出水加速-空中高速飞行的高效水-空跨介质动力需求
本发明的技术方案是：
一种跨介质组合发动机，其特征在于，由水冲压系统、固体火箭系统和连续旋转爆震冲压系统通过机械方式组合而成；
其中，水冲压系统，由水冲压燃烧室壳体1、进水道2、水流量控制器3、金属隔舱4、水反应金属装药5、给水道6和尾喷管7组成；水反应金属装药5装入水冲压发动机燃烧室壳体1内；进水道2布置在组合发动机腹部；水流量控制器3位于水冲压发动机壳体1头部下侧，用于调控水流量，其前后分别连接了进水道2和给水道6；给水道6从水冲压燃烧室壳体1头部引入并穿过金属装药5底部，给水冲压系统提供反应氧化剂，金属隔舱4设置于水冲压燃烧室壳体1头部；
固体火箭系统，由固体火箭燃烧室壳体8、推进剂装药9、燃气通道10组成；推进剂装药9装入固体火箭燃烧室壳体8内；固体火箭燃烧室壳体8通过燃气通道10与水冲压燃烧室壳体1头部串联在一起；
连续旋转爆震冲压系统，由环形爆震室壳体11、进气道12、空气阀13、燃料输送管14、燃料流量调节器15、燃气出口16和引流体17组成，环形燃烧室壳体11安装在水冲压燃烧室壳体1外侧，进气道12位于固体火箭燃烧室壳体8腹部，并接入环形爆震室壳体11前端下部的空气阀13；燃料输送管14布置在固体火箭燃烧室壳体8背部，并接入环形爆震室壳体11前端上部的流量调节器15上；燃气出口16和引流体17位于环形爆震室壳体11尾部，引流体17包裹在尾喷管7的外侧。
其特征在于，水反应金属装药5通过贴壁浇注的方式装入水冲压发动机燃烧室壳体1内。
其特征在于，推进剂装药9通过贴壁浇筑或自由装填的方式装入固体火箭燃烧室壳体8内。
其特征在于，给水道6吸收水作为水反应金属药柱燃烧的氧化剂，在燃烧室内充分反应。
其特征在于，水冲压系统在水下启动，工作产生的高温燃气从尾喷管7喷出产生水下运动的推力。
其特征在于，水冲压系统的金属隔舱4位于固体火箭系统的燃气通道10内，用于隔离水冲压系统工作时产生的高温燃气，防止固体火箭系统意外点火。
其特征在于，水冲压系统工作完后，金属隔舱4打开，固体火箭系统点火启动，推进剂装药9燃烧产生的高温燃气通过燃气通道10后，经过水冲压燃烧室，再从尾喷管7喷出，产生助推出水的动力。
其特征在于，固体火箭系统完成助推出水后，连续旋转爆震冲压系统启动；燃料通过燃料输送管14、燃料流量调节器15送入环形爆震室壳体11内，而空气经进气道12和空气阀13，进入环形爆震室壳体11内，与燃料混合，形成爆震燃烧；爆震燃烧产生的高温高速燃气从燃气出口16喷出，并经引流体17引流产生空中飞行的推力。
本发明的优点是：
本发明一种跨介质组合发动机，其对水冲压发动机、固体火箭发动机和连续旋转爆震冲压发动机进行了有机耦合。水冲压系统与固体火箭系统进行串联，而连续旋转爆震冲压系统并联在水冲压系统外侧，实现了组合发动机水下水冲压系统快速潜航，固体火箭系统出水加速，空中连续旋转爆震冲压系统高速飞行的动力需求，为水-空跨介质飞行器匹配了一种高效的动力系统。
附图说明
图1一种跨介质组合发动机示意图。
图2一种跨介质组合发动机外形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
一种跨介质组合发动机，通过水冲压发动机、固体火箭发动机、连续旋转爆震冲压发动机的有机组合，实现水-空跨介质动力需求，其主要由水冲压系统、固体火箭系统和连续旋转爆震冲压系统等三部分组成。水冲压发动机和固体火箭发动机采用串联方式，水冲压位于组合发动机后段，固体火箭位于前段，并与水冲压系统共用燃烧室和喷管。连续旋转爆震冲压系统与水冲压系统并联，布置在水冲压发动机外侧，并且其外径与固体火箭系统一致。
如图1、图2所示，给出本发明的一种跨介质组合发动机示意图及外形图。
本发明的一种跨介质组合发动机，由水冲压系统、固体火箭系统和连续旋转爆震冲压系统通过机械方式组合而成。
水冲压系统，由水冲压燃烧室壳体1、进水道2、水流量控制器3、金属隔舱4、水反应金属装药5、给水道6和尾喷管7组成；水反应金属装药5通过贴壁浇注方式装入水冲压发动机燃烧室壳体1内。进水道2布置在组合发动机腹部；水流量控制器3位于水冲压发动机壳体1头部下侧，用于调控水流量，其前后分别连接了进水道2和给水道6；给水道6从水冲压燃烧室壳体1头部引入并穿过金属装药5底部，给水冲压系统提供反应氧化剂；水冲压系统在水下启动，工作产生的高温燃气从尾喷管7喷出产生水下运动的推力；金属隔舱4布置在燃气通道10内，用于隔离水冲压系统工作时产生的高温燃气，防止固体火箭系统意外点火。
固体火箭系统由固体火箭燃烧室壳体8、推进剂装药9、燃气通道10组成；推进剂装药9通过贴壁浇筑或自由装填的方式装入固体火箭燃烧室壳体8内；固体火箭燃烧室壳体8通过燃气通道10与水冲压燃烧室壳体1头部串联在一起。
水冲压系统工作完后，金属隔舱4打开，固体火箭系统点火启动，推进剂装药9燃烧产生的高温燃气通过燃气通道10后，经过水冲压燃烧室，再从尾喷管7喷出，产生助推出水的动力；
连续旋转爆震冲压系统，由环形爆震室壳体11、进气道12、空气阀13、燃料输送管14、燃料流量调节器15、燃气出口16和引流体17组成，环形燃烧室壳体11安装在水冲压燃烧室壳体1外侧，进气道12位于固体火箭燃烧室壳体8腹部，并接入环形爆震室壳体11前端下部的空气阀13；燃料输送管14布置在固体火箭燃烧室壳体8背部，并接入环形爆震室壳体11前端上部的流量调节器15上；燃气出口16和引流体17位于环形爆震室壳体11尾部，引流体17包裹在尾喷管7的外侧。
固体火箭系统完成助推出水后，连续旋转爆震冲压系统启动；燃料通过燃料输送管14、燃料流量调节器15送入环形爆震室壳体11内，而空气经进气道12和空气阀13进入环形爆震室壳体11与燃料混合，形成爆震燃烧；爆震燃烧产生的高温高速燃气从燃气出口16喷出，并经引流体17引流产生空中飞行的推力。
本发明的一种跨介质组合发动机在水下启动，首先水冲压系统点火工作，给水道吸水作为水反应金属药柱燃烧的氧化剂，在燃烧室内充分反应，产生高温高压的气体，从尾喷管喷出产生水下推力；水冲压系统工作完后，金属隔舱打开，固体火箭系统点火，推进剂药柱燃烧产生的燃气通过燃气通道和水冲压燃烧室，从喷管喷出产生出水推力；最后，在空中阶段，并且由固体火箭提供了初始速度，连续旋转爆震冲压系统启动，腹部进气道吸入空气，并通过由空气阀送入爆震室，而燃料则经燃料输送管和调节器进入爆震室，空气和燃料在环形爆震室内组织爆震燃烧，产生的高温高压燃气从出口喷出，并由引流体引流产生空中高速飞行动力。
Claims (8)
1.一种跨介质组合发动机，其特征在于，由水冲压系统、固体火箭系统和连续旋转爆震冲压系统通过机械方式组合而成；
其中，水冲压系统，由水冲压燃烧室壳体(1)、进水道(2)、水流量控制器(3)、金属隔舱(4)、水反应金属装药(5)、给水道(6)和尾喷管(7)组成；水反应金属装药(5)装入水冲压发动机燃烧室壳体(1)内；进水道(2)布置在组合发动机腹部；水流量控制器(3)位于水冲压发动机壳体(1)头部下侧，用于调控水流量，其前后分别连接了进水道(2)和给水道(6)；给水道(6)从水冲压燃烧室壳体(1)头部引入并穿过金属装药(5)底部，给水冲压系统提供反应氧化剂，金属隔舱(4)设置于水冲压燃烧室壳体(1)头部；
固体火箭系统，由固体火箭燃烧室壳体(8)、推进剂装药(9)、燃气通道(10)组成；推进剂装药(9)装入固体火箭燃烧室壳体(8)内；固体火箭燃烧室壳体(8)通过燃气通道(10)与水冲压燃烧室壳体(1)头部串联在一起；
连续旋转爆震冲压系统，由环形爆震室壳体(11)、进气道(12)、空气阀(13)、燃料输送管(14)、燃料流量调节器(15)、燃气出口(16)和引流体(17)组成，环形燃烧室壳体(11)安装在水冲压燃烧室壳体(1)外侧，进气道(12)位于固体火箭燃烧室壳体(8)腹部，并接入环形爆震室壳体(11)前端下部的空气阀(13)；燃料输送管(14)布置在固体火箭燃烧室壳体(8)背部，并接入环形爆震室壳体(11)前端上部的流量调节器(15)上；燃气出口(16)和引流体(17)位于环形爆震室壳体(11)尾部，引流体(17)包裹在尾喷管(7)的外侧。
2.如权利要求1所述的一种跨介质组合发动机，其特征在于，水反应金属装药(5)通过贴壁浇注的方式装入水冲压发动机燃烧室壳体(1)内。
3.如权利要求2所述的一种跨介质组合发动机，其特征在于，推进剂装药(9)通过贴壁浇筑或自由装填的方式装入固体火箭燃烧室壳体(8)内。
4.如权利要求3所述的一种跨介质组合发动机，其特征在于，给水道(6)吸收水作为水反应金属药柱燃烧的氧化剂，在燃烧室内充分反应。
5.如权利要求4所述的一种跨介质组合发动机，其特征在于，水冲压系统在水下启动，工作产生的高温燃气从尾喷管(7)喷出产生水下运动的推力。
6.如权利要求5所述的一种跨介质组合发动机，其特征在于，水冲压系统的金属隔舱(4)位于固体火箭系统的燃气通道(10)内，用于隔离水冲压系统工作时产生的高温燃气，防止固体火箭系统意外点火。
7.如权利要求6所述的一种跨介质组合发动机，其特征在于，水冲压系统工作完后，金属隔舱(4)打开，固体火箭系统点火启动，推进剂装药(9)燃烧产生的高温燃气通过燃气通道(10)后，经过水冲压燃烧室，再从尾喷管(7)喷出，产生助推出水的动力。
8.如权利要求7所述的一种跨介质组合发动机，其特征在于，固体火箭系统完成助推出水后，连续旋转爆震冲压系统启动；燃料通过燃料输送管(14)、燃料流量调节器(15)送入环形爆震室壳体(11)内，而空气经进气道(12)和空气阀(13)，进入环形爆震室壳体(11)内，与燃料混合，形成爆震燃烧；爆震燃烧产生的高温高速燃气从燃气出口(16)喷出，并经引流体(17)引流产生空中飞行的推力。
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