[发明专利]一种基于金属燃料的跨介质双模态冲压发动机及控制方法

说明书

本发明提供一种基于金属燃料的跨介质双模态冲压发动机及控制方法，采用能够与空气和水反应的金属基固体推进剂，将固体空气冲压发动机和固体水冲压发动机结合，设计出了一种双模态冲压发动机。采用含阀门的进气道和进水管，实现发动机在两种模态之间的自由切换。预置氧化剂储箱在模态转换阶段为补燃室提供氧化剂，保证在出入水阶段发动机模态转换过程中推力的持续供给，能够有效地避免航行体在跨介质过程中失速，实现跨介质航行体的高速出入水过程，大大提高航行体的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种基于金属燃料的跨介质双模态冲压发动机及控制方法，属于跨介质航行动力技术领域。

背景技术

进入二十一世纪，人类依赖于无人航行体所执行的任务与探索活动日趋多元化。现代常用的无人航行体有空中的无人飞机与水下无人潜航器两种。但是传统无人航行体的单一航行模式，往往很难应对复杂多变的自然环境。

空海跨介质航行体采用全空域高速飞行与水下高速潜航相结合的第三种飞行模式，利用空中与水下航行的(多次)切换，能够大大提高航行体在面对各种复杂情况下的应对能力。目前已有的空海跨介质航行体，它们的推进方式一般是先通过固体火箭发动机将航行体助推到目标空域，然后借助降落伞减速入水，再由水下推进系统提供推力，完成航行任务。但是固体火箭发动机工作时间短，大大缩小了航程的提升空间。同时，传统跨介质航行体在不同推进系统之间切换较为困难，在无动力减速入水过程中容易发生意外。所以，为了提高空海跨介质航行体的远距离航行能力，增强航行的灵活性，设计能够使航行体在空中和水下能保持高速航行，并具备多次出入水能力的跨介质动力系统，具有重大意义。

发明内容

针对目前单一介质航行体灵活机动性不够强大的缺陷，本发明的目的是提供一种基于金属燃料的跨介质双模态冲压发动机及控制方法，可以满足空中和水下两种不同工作模态的需求，实现航行体的空中和水下的高速航行，同时能够实现空水模态转换，在航行体出入水阶段提供持续推力，大大提高动力系统的可靠性。

本发明的目的是这样实现的：包括进水管路、预置氧化剂储存装置、进气装置和发动机主体，发动机主体包括燃气发生器、与燃气发生器相连通的补燃室、设置在补燃室端部的尾喷管，在燃气发生器内设置有金属基固体推进剂，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，预置氧化剂储存装置的端面上设置有预置氧化剂排出管，预置氧化剂排出管的个数与一次进水管和二次进水管的总数相等，所述预置氧化剂排出管的端部与对应的一次进水管和二次进水管连接，且在连接处均设置了氧化剂储箱球形阀，进气装置包括沿周向对称设置在补燃室外表面的进气管及设置在进气管上的进气道球形阀。

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.燃气发生器包括依次连接的燃气发生器前封头、燃气发生器筒体和燃气发生器喷管，金属基固体推进剂通过药柱前支撑件与燃气发生器前封头连接；补燃室包括与燃气发生器喷管连接的补燃室前盖、与补燃室前盖连接的补燃室筒体；尾喷管包括与补燃室筒体连接的尾喷管收敛段、与尾喷管收敛段连接的尾喷管扩张段。

3.预置氧化剂储存装置包括预置氧化剂储箱前盖、预置氧化剂储箱筒体、预置氧化剂储箱后盖，预置氧化剂排出管与预置氧化剂储箱后盖上的开孔连接。

4.所述进气管有四个。

5.一种基于金属燃料的跨介质双模态冲压发动机的控制方法，控制过程如下：

(1)空气冲压阶段：主进水管、一次进水管、二次进水管与预置氧化剂储箱不工作，进气道进入的空气与燃气发生器产生的燃气反应产生推力；