[发明专利]一种水下高速推进发动机

说明书

本发明公开了一种水下高速推进发动机，包括爆震管，所述的爆震管的一端连接第一防回火网，第一防回火网连接燃料电磁阀，爆震管的另一端连接发动机斜管体，发动机斜管体的侧壁上设置有可控进水口、压力探针、第二防回火网，压力探针连接信号处理系统，信号处理系统连接舵机，舵机连接可控进水口；第二防回火网分别连接隔离气电磁阀和氧化剂电磁阀；爆震管的侧壁上还连接有点火器；爆震管内部设有爆震增强装置。其有点是：脉冲爆震火箭发动机作为水下动力装置时，无需螺旋桨的转化做功，采用喷射式推进，发动机对水的做功即为有效做功，没有因为周向速度而引起的能量损失，由于没有使用螺旋桨，不会产生空泡现象，减少了发动机的故障发生率。

技术领域

本发明属于发动机领域，具体涉及一种水下高速推进发动机，它以喷水的方式产生动力的射流来进行推进。

背景技术

人类对爆震燃烧的研究可追溯到20世纪40年代，到80年代中期，脉冲爆震发动机(pulsed detonation engine简称PDE)进入到了实质性发展阶段，90年代，PDE进入到了全面发展时期。目前，美国政府机构、军方、私营公司和大学的20多家单位参与了PDE的研究。加拿大、法国、以色列、日本、俄罗斯、瑞典也纷纷投入经费和制定计划开展PDE的研究。脉冲爆震火箭发动机是利用爆震波产生周期性冲量的非定常推进系统，发动机内燃烧产生的爆震波以2000m/s左右的速度在可燃气中传播，能产生极高的增压比(15～55倍)和燃气温度(大于2800K)。当高温、高压、高速燃气从爆震管喷出时将产生推力，从而推动飞行器向前运动。理论计算表明，这种发动机性能明显高于带加力的涡扇发动机，当发动机外涵以100赫兹的频率工作时，发动机的推力、耗油率和单位推力都比带加力燃烧室的改善一倍。

目前，NASA的PDRE取得了很大进展，由Adroit、NASA、空军参与的这一计划的目的是发展可用于入轨飞行器、星际飞行器和登月飞行器用低成本、轻重量的推进系统。一个小尺寸的PDRE已设计完成，从2000年4月开始进行部件试验。目前已完成了概念验证试验，高频反复爆震获得成功，同时达到了真空起动能力。2007年研制出了试验用发动机，2010年进行了挂飞试验。俄罗斯在PDE基础研究领域进行了大量研究，1998年9月，在俄罗斯举办了爆震试验与计算国际讨论会，就起爆、爆震波结构和传播、爆震现象应用以及先进燃料的爆震性等问题进行了讨论，会上俄专家发表了大量文章。2000年，法国和加拿大也分别开始了用于低成本的导弹、无人机或无人战斗机的液体燃料PDE的研究。法国计划用几年时间开始全尺寸的PDE试验，预计研制这种PDE的费用不超过800万～1000万欧元。

自2002年开始，西北工业大学首先开始PDE研究工作,开始研究是以液态航空煤油为燃料的脉冲爆震火箭发动机，采用电磁阀控制油气供给。2004年，选用煤油为燃料、氧气为氧化剂，在PDRE(脉冲爆震火箭发动机)模型试验装置上进行了爆震燃烧试验研究。

目前，国内外针对脉冲爆震发动机的研究均以其为航空航天动力装置为应用目的，尚无公开文献涉及到将PDE用于水下动力装置的研究。

如图1所示的常规水下热动力装置，工作时燃料和氧化剂经过泵增压后注入燃烧室内进行等压燃烧，产生高温高压燃气，在涡轮中作绝热膨胀，焓与压力均下降，涡轮通过减压器带动螺旋桨向外输出可用功，废气经排气管排出。螺旋桨是最常见的推进器。在螺旋桨的拨动下，水流被加速推向后方，但是水流的运动方向与螺旋桨轴成一定倾角。因此，水流的速度可以分解为一个向后的轴向速度和垂直于轴线的周向速度，而周向速度不能产生轴向的反推力，即螺旋桨对水的做功并不能完全转化为有效推力。此外，当螺旋桨的转速较高时，容易发生空泡现象，可能使螺旋桨的推进效率显著下降。因此必须通过减速器降低螺旋桨的转速，这样必然限制了螺旋桨的功率，不利于提高航行器的航速。

采用传统水下动力装置的主要缺陷是：

(1)燃烧室内进行的是等压燃烧，燃烧热效率不高，一般燃气轮机的热循环效率为27％；