[实用新型]一种水下气液两相发动机

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体为一种水下气液两相发动机。

背景技术

随着舰船航行速度的提升，传统水下推进装置的性能逐步降低，已成为了制约高性能舰船快速发展的关键因素。传统的水下推进系统主要以燃气轮机为主，燃气轮机在工作时，燃烧室内进行的是等压燃烧，产生高温高压燃气带动涡轮高速旋转，涡轮通过减速器带动螺旋桨向外输出可用功。

采用燃气轮机作为动力装置的主要问题在于：(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％；(2)螺旋桨转动使水流产生旋转向后的运动产生推力，水流的运动方向与螺旋桨轴成一定倾角，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，使得螺旋桨对水的做功并不能完全转化为有效推力；(3)当桨叶前部低压区的压力低于当地水的饱和蒸汽压时，水会气化成空泡，导致了推进效率的降低，同时也易对螺旋桨产生破坏，为了减小空化效应，螺旋桨的转速一般较低，影响了螺旋桨推力的提高，从而进一步限制了舰船航速的挺高。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决现有水下推进系统的热循环效率不高，功率有限的问题，本发明提出了一种水下气液两相发动机，该发动机利用爆震燃烧产生高温高压燃气，高压燃气与掺混腔内的水混合形成气液两相混合物，混合物在喷管内进一步加速，在加速的过程中气泡不断膨胀对水做功，水在喷管出口速度大于入口速度，从而产生推力。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种水下气液两相发动机，其特征在于：包括爆震管、气泡发生管、扩压器、掺混腔和喷管；爆震管为一端封闭的弯折管状结构，封闭端安装有点火器、燃料进口、氧化剂及隔离剂进口，爆震管每次点火产生的燃烧波传至爆震管出口时已经转变为爆震波；气泡发生管入口与爆震管出口通过连接法兰同轴固定连接，在气泡发生管管壁上沿轴向均匀开有若干排壁面通孔，同一排的壁面通孔沿管壁周向均匀分布，且同一排的壁面通孔孔径相同；扩压器、掺混腔和喷管依次密封固定连接，掺混腔为空心薄壁圆柱结构，扩压器和喷管为空心薄壁圆台结构，掺混腔与气泡发生管通过支承肋板同轴固定，气泡发生管的首排壁面通孔处于扩压器进口后方，气泡发生管出口处于喷管出口之前。

所述一种水下气液两相发动机，其特征在于：气泡发生管壁面通孔直径为1mm～10mm，壁面通孔总面积不超过气泡发生管管壁面积的5％，从气泡发生管入口到出口，壁面通孔孔径分段逐渐增大。

所述一种水下气液两相发动机，其特征在于：扩压器进口内径为爆震管内径的2.5～3倍，扩张角为10°～50°，掺混腔内径为爆震管内径的5～10倍，喷管出口内径为爆震管内径的2.5～3倍，收敛角5°～30°。

有益效果

本发明提出的一种水下气液两相发动机，通过发动机内的爆震燃烧产生高温高压的燃气，一方面，高压燃气通过壁面通孔与掺混腔内的水掺混形成气泡，气泡膨胀对水做功，使水在掺混腔内不断加速产生推力，另一方面，高压燃气通过气泡生成管出口排出，对喷管内的水产生喷射作用，产生推力。

本发明具有以下有益效果：其一、由于爆震波传播速度极快，其后的燃烧过程接近等容燃烧过程，其热循环效率可高达49％，远远高于常规燃气轮机等压燃烧的热循环效率27％；其二、本发动机结构简单、没有旋转部件以及中间的传动环节，不受空泡现象的限制；其三、高压气体从气泡生成管出口排出而对水的做功即为有效做功，没有因周向速度而产生的能量损失；其四、与单纯的喷气排水产生推力的发动机相比，本发动机利用气泡膨胀对水做功，能产生额外的推力。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：气泡发生管结构示意图；

图3：扩压器结构示意图；

图4：掺混腔A-A截面示意图；

图5：喷管结构示意图；

图6：电磁阀和点火器的控制时序图；

其中：1、燃料电磁阀；2、点火器；3、氧化剂电磁阀；4、隔离气电磁阀；5、爆震管；6、Shchelkin螺旋；7、连接法兰；8、壁面通孔；9、气泡发生管；10、扩压器；11、掺混腔；12、喷管；13、支承肋板。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

参照附图1，该实施例所述的水下气液两相发动机包括爆震管5、气泡发生管9、扩压器10、掺混腔11和喷管12。