[发明专利]一种内置式多级推力的水下动力系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种内置式多级推力的水下动力系统及其控制方法，将固体火箭发动机和固体水冲压发动机融为一体，设计出了一种多级推力水下动力系统。助推段采用传统固体火箭发动机推进，能够实现航行体水下大推力加速，缩短了加速时间。续航段采用固体水冲压发动机推进，以环境中存在的海水为氧化剂，提高了发动机比冲和续航时间。本发明对固体水冲压发动机的补燃室和喷管进行了改进，水冲压发动机补燃室和喷管同时也为固体火箭发动机所用，实现“一室两用”、“一管两用”，大大节约了航行体内部空间，提高了航行体的整体性能。

技术领域

本发明涉及一种内置式多级推力的水下动力系统及其控制方法，属于水下航行动力技术领域。

背景技术

进入二十一世纪，随着各种水下航行器的发展，水下航行器的速度要求越来越高，传统推进系统能够提供的水下航行速度不能满足新型潜航器任务的需求。所以，研究新型的高速水下动力系统具有重大意义。

传统的水下动力系统一般为螺桨推进和固体火箭发动机推进。由于螺桨推进速度慢，且提供能源的电池在长期储存上存在诸多困难，难以达到航行体水下高速航行的要求。固体火箭发动机具有推力大，结构简单，可靠性高等优点，但是工作时间较短，比冲较低，难以维持长时间的水下高速航行。

目前水下高速航行器大多采用水冲压发动机推进。水冲压发动机由于采用海水作为氧化剂，自身仅携带推进剂，所以具有比冲较高、工作时间长的特点，能够维持航行体长时间高速航行。但是水冲压发动机在开始工作前，航行体必须达到水冲压发动机工作所需的速度，航行体从静止加速到冲压所需速度的过程中，需要助推段固体火箭发动机提供的推力。传统的助推段发动机一般悬挂在续航段发动机侧面，这种结构会为加速阶段带来不必要的阻力。所以，将助推段固体火箭发动机与续航段水冲压发动机在结构上合理地结合，对于提高水下航行体的性能有重要意义。

发明内容

针对传统动力系统推进下的水下航行体速度较低的缺陷，本发明的目的是提供一种内置式多级推力的水下动力系统及其控制方法，可以实现大推力加速以及长时间持续高速航行的工作需求，大大提高航行体的水下航行能力。

本发明的目的是这样实现的：包括进水管路、燃气发生器、补燃室和尾喷管，进水管路包括主进水管、与主进水管连接的进水管缓冲室、与进水管缓冲室连接的一次进水管和二次进水管，一次进水管和二次进水管的端部分别与补燃室连通且在管路上设置有进水管球形阀，燃气发生器内设置有续航段药柱，燃气发生器的端部与补燃室连通，补燃室内设置有助推段推进剂，尾喷管设置在补燃室的端部。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述一次进水管和二次进水管分别有四个且交替设置，二次进水管的长度大于一次进水管的长度。

2.所述燃气发生器包括燃气发生器前封头、燃气发生器筒体、燃气发生器喷管，续航段药柱通过续航段药柱弹性垫与燃气发生器前封头连接。

3.补燃室包括与燃气发生器喷管连通的补燃室前盖、补燃室筒体，所述助推段推进剂两端由助推段药柱支撑件支撑，助推段药柱支撑件与补燃室筒体内壁固连。

4.尾喷管包括尾喷管收敛段、尾喷管扩张段，所述尾喷管收敛段前端与补燃室筒体通过法兰连接，后端与尾喷管扩张段在喷管喉口处采用螺纹连接。

5.一种内置式多级推力的水下动力系统的控制方法，包括所述内置式多级推力的水下动力系统，具体是：

(1)助推段加速阶段：主进水管、一次进水管、二次进水管不工作，一次进水管和二次进水管的阀门关闭，补燃室中助推段推进剂燃烧产生的燃气从尾喷管喷出产生推力；

(2)续航阶段：主进水管、一次进水管、二次进水管开始工作，一次进水管和二次进水管的阀门打开，燃气发生器中推进剂自持燃烧产生的高温燃气在补燃室中与冲压进入的海水掺混二次燃烧，产生的燃气从尾喷管喷出产生推力。