CN1749546A - 喷气发动机的蒸汽助推装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷气发动机的蒸汽助推装置及方法，该装置由附加喷管、环形水管、水箱、高压水泵、流量控制阀、总水管，外壳组成，总水管位于附加喷管底部，与环形水管相连接；环形水管与附加喷管接触的圆周上均匀分布有若干喷水孔，蒸汽助推装置外表面套有外壳；蒸汽助推装置与喷气发动机尾喷管相连接。当高温高压燃气从喷气发动机尾喷管喷入蒸汽助推装置时，与环形水管喷射出来的液态水雾接触，液态水雾吸收燃气中的热量汽化为水蒸气，体积骤然膨胀(1700倍以上)产生推力，实现蒸汽助推的目的。本发明结构简单、成本低、易于实现，在无需增加燃料的情况下即可以增大喷气发动机的推力或飞机的续航能力。

Description

喷气发动机的蒸汽助推装置及方法
技术领域
本发明属于喷气发动机领域，特别适用于现代飞机和火箭发动机。
背景技术
目前，已有的冲压式喷气发动机、脉动式喷气发动机、涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机等均已广泛应用于各种飞机、火箭及导弹。这些喷气发动机的工作原理是经过压缩的空气与燃料的混合物在燃烧室燃烧后产生高温、高压燃气，在发动机的尾附加喷管中膨胀，以高速喷出，从而产生反作用推力推动飞机前进。
但经济性差(耗油率高)是喷气发动机的致命弱点，由尾附加喷管喷射出的燃气温度非常高、速度非常大，使发动机排出体外的能量非常大，浪费了大量的能源。
发明内容
本发明的目的是提供一种喷气发动机的蒸汽助推装置及方法，利用喷气发动机排出尾气余热将水加热成蒸汽，由迅速膨胀的蒸汽再推动发动机，增大发动机的推力。
本发明涉及的一种喷气发动机的蒸汽助推装置，包括附加喷管2、环形水管3、水箱4、高压水泵5、流量控制阀6、总水管7和外壳8，其特征在于：附加喷管2内孔直径与喷气发动机尾喷管1内径相等，整个装置的长度为附加喷管内孔直径的0.7～3倍；总水管7位于附加喷管2底部，与环形水管3相连通，两相邻环形水管3的相隔距离为5～70mm；环形水管3与附加喷管2无缝连接，接触的圆周线上每相隔5～50mm钻一个直径为0.5～3mm的喷水孔，使环形水管3与附加喷管2内部相连通；蒸汽助推装置外表面套有外壳9；根据发动机的工况，通过流量控制阀6可控制喷水孔喷出的喷水量。
一种喷气发动机的蒸汽助推方法，喷气发动机的蒸汽助推装置通过螺纹连接或者焊接在喷气发动机尾喷管1上，其特征在于：
1)当发动机工作时，水箱4中的水通过高压水泵5增压至2～5MPa，形成高压水；
2)根据发动机的工况，通过流量控制阀6控制高压水流量，使高压水进入总水管7，再进入环形水管3，通过喷水孔喷向附加喷管2内，形成高压水雾；
3)当高温高压燃气(1200K～2000K)从喷气发动机尾管喷入蒸汽助推装置后，与环形水管3喷射出来的液态水雾接触，液态水雾吸热骤然汽化为水蒸气，体积膨胀(1700倍以上)产生推力；气体继续高速前进，又与环形水管3喷射出来的液态水雾接触，液态水雾汽化为水蒸气，体积又膨胀(1700倍以上)产生推力……，按此使喷出的气体温度多次降低，体积多次增大，速度多次加快，实现蒸汽助推推力的多次增大。
本发明结构简单、方法新颖、成本低、易于实现，在无需增加燃料的情况下即可以增大喷气发动机的推力或飞机的续航能力。
附图说明
图1是喷气发动机的蒸汽助推方法示意图；
图2是喷气发动机的蒸汽助推装置的侧剖视图；
图3是图2的A-A剖视图；
图中：1.喷气发动机尾喷管，2.附加喷管，3.环形水管，4.水箱，5.高压水泵，6.流量控制阀，7.总水管，8.外壳。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例作进一步说明：
实施例为只有3个环形水管时的喷气发动机的蒸汽助推装置，图1为本装置助推方法示意图，k-k截面左边的B区为喷气发动机尾部或者加力燃烧室尾部，k-k截面、k1-k2截面、k2-k2截面和k3-k3截面之间的C区、D区和E区为喷水区。
图2是喷气发动机的蒸汽助推装置的侧剖视图，喷气发动机的蒸汽助推装置通过螺纹连接或者焊接在喷气发动机的喷管尾部1上，水箱4、高压水泵5、流量控制阀6、总水管7相连接，并位于附加喷管2底部，总水管7与环形水管3相连通；三个环形水管3均匀分布，分别位于C区、D区和E区的中部，焊接在附加喷管2上，接触的圆周上每隔5～50mm钻一个孔径为0.5～3mm的喷水孔(如图3所示)，使附加喷管与环形水管连通，高压水能够通过喷水孔喷向附加喷管形成高压水雾，形成高压水雾的目的是为了增大水与燃气接触的表面积，吸热更快，体积膨胀更快；为了美观，同时也为了让喷气发动机在工作时外界气体能够冷却环形水管，蒸汽助推装置的外表面套有外壳9。
具体工作过程描述如下：当发动机工作时，水箱4中的水通过高压水泵5增压至2～5MPa，形成高压水；根据发动机的工况，通过流量控制阀6控制高压水流量，使高压水进入总水管7，再进入环形水管3，通过喷水孔喷向附加喷管(2)内，形成高压水雾；喷气发动机的喷管尾部的高温高压燃气(1200K～2000K)从B区高速排出时，反作用力推动喷气发动机向左运动，设燃气在k-k截面流动的加速度为a0，则推力大小为F＝ma0，喷气发动机原有的效率已经得到利用；当燃气从B区进入C区与液态水雾混合时，液态水雾由于吸热迅速汽化，体积骤然膨胀1700倍以上，使燃气产生一个加速度a1继续往外排出，但温度稍微降低；当燃气进入D区和E区时又与液态水雾混合，使液态水雾吸热迅速汽化，燃气温度进一步降低，并产生加速度a2和a3，这样通过水雾吸热变成蒸汽的膨胀，燃气温度的多次降低同时产生多次加速，喷气发动机最后喷出的气体加速度为a＝a1+a2+a3，喷气发动机的推力增加到F＝m(a1+a2+a3)，实现了喷气发动机的蒸汽助推目的。
本发明的喷气发动机的蒸汽助装置根据喷气发动机的不同型号，其附加喷管内孔直径与喷气发动机的喷管尾部内径相等，整个装置的长度为附加喷管内孔直径的0.7～3倍；两相邻环形水管3之间相隔5～70mm，喷水孔的直径为0.5～3mm，在圆周线上相邻两间距为5～50mm。
本发明所包含的其他机构，如水箱、高压水泵和流量控制阀等可以采用现有技术实现，同时控制流量控制阀开关大小的电信号可以由喷气发动机的供油系统的油量控制信号按比例实现。

Claims (2)

1.一种喷气发动机的蒸汽助推装置，包括附加喷管(2)、环形水管(3)、水箱(4)、高压水泵(5)、流量控制阀(6)、总水管(7)和外壳(8)，其特征在于：附加喷管(2)内孔直径与喷气发动机尾喷管(1)内径相等，整个装置的长度为附加喷管内孔直径的0.7～3倍；总水管(7)位于附加喷管(2)底部，与环形水管(3)相连通，两相邻环形水管(3)的相隔距离为5～70mm；环形水管(3)与附加喷管(2)无缝连接，接触的圆周线上每相隔5～50mm钻一个直径为0.5～3mm的喷水孔，使环形水管(3)与附加喷管(2)内部相连通；蒸汽助推装置外表面套有外壳(9)；根据发动机的工况，通过流量控制阀(6)可控制喷水孔喷出的喷水量。
2.一种喷气发动机的蒸汽助推方法，其特征在于：
1)将权利要求1所述的喷气发动机的蒸汽助推装置通过螺纹连接或者焊接在喷气发动机尾喷管(1)上；
2)当发动机工作时，水箱(4)中的水通过高压水泵(5)增压至2～5MPa，形成高压水；
3)根据发动机的工况，通过流量控制阀(6)控制高压水流量，使高压水进入总水管(7)，再进入环形水管(3)，通过喷水孔喷向附加喷管(2)内，形成高压水雾；
4)从喷气发动机尾管喷出的高温高压燃气喷入蒸汽助推装置后，与环形水管(3)喷射出来的液态水雾接触，液态水雾吸热骤然汽化为水蒸气，体积膨胀可达1700倍以上，产生推力；气体继续高速前进，又与环形水管(3)喷射出来的液态水雾接触，液态水雾汽化为水蒸气，体积又膨胀产生推力，如是往复，使喷出的气体温度多次降低，体积多次增大，速度多次加快，实现蒸汽助推推力的多次增大。
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