[发明专利]一种分离式多级推力的水下动力系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种分离式多级推力的水下动力系统及其控制方法，将水冲压发动机嵌套在环状中空的固体火箭发动机中，设计出了一种分离式多级推力水下动力系统。助推段由固体火箭发动机提供推力，增大了推力，缩短了加速时间。续航段由固体水冲压发动机推进，提高了发动机比冲和续航时间。本发明对助推段固体火箭发动机进行了改进，将助推段发动机设计成环状中空的形状，嵌套于水冲压发动机补燃室外，均匀环状造型能够保证助推段发动机脱离时航行体受力均匀，大大提高发动机可靠性。

技术领域

本发明涉及一种分离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

水下航行器以其在水中自主航行的卓越性能，常被运用于在水下进行各项活动和任务。传统水下航行器大多采用螺旋桨式推进，这种推进方式有航行速度慢，航程短的缺点，同时，为螺桨提供能源的电池在长期储存上存在诸多困难。

针对传统螺桨式推进的缺陷，世界各国开始采用喷射式推进系统。常见的喷气式动力系统分为助推段和续航段两级发动机，其中续航段采用金属燃料水冲压发动机，助推段的推力由捆绑在航行体外壁的多个小型固体火箭发动机提供。航行体首先经过助推段发动机推进加速，当速度达到水冲压发动机的工作需求时，助推段多个小型固体火箭发动机脱离航行体，水冲压发动机开始工作，产生推力，保证航行体完成后续的航行。但是，悬挂在外壁的小型固体火箭发动机会为航行体加速阶段带来不必要的阻力，而且在脱离航行体时，所有的小型发动机的脱离并不能精准控制在同一时刻，这样会造成航行体受力不均，大大降低航行的可靠性。所以，为了解决这一问题，本发明将助推段固体火箭发动机设计成环状并嵌套于续航段水冲压发动机的外侧，能够很好地解决助推段发动机脱离时造成的航行体受力不均的问题，对于提高航行体的性能具有重要意义。

发明内容

针对传统水下动力系统推进下的航行体速度较低，以及传统动喷气式动力系统在助推发动机分离阶段容易造成航行体受力不均的缺陷，本发明的目的是提供一种分离式多级推力的水下动力系统及其控制方法，一方面，可以满足大推力加速以及长时间持续高速航行的工作需求，另一方面，有效减少甚至杜绝了助推段发动机在分离时造成的航行体受力不均的问题，大大提高水下航行体的航行能力。

本发明的目的是这样实现的：包括通过爆炸螺栓连接的续航段发动机和助推段发动机，续航段发动机包括续航段发动机壳体、依次设置在续航段发动机壳体内的续航段进水管路、续航段燃气发生器、续航段补燃室、续航段尾喷管，续航段燃气发生器内设置有续航段药柱；所述助推段发动机包括与续航段发动机壳体连接的助推段发动机壳体、设置在助推段发动机壳体内的助推段发动机药柱、与助推段发动机壳体端部连接的助推段发动机尾喷管。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.续航段发动机壳体包括壳体前段、阶梯状的壳体后段，且壳体后段的大端与壳体前段连接，助推段发动机壳体、壳体前段、壳体后段的大端的外径相等，助推段发动机壳体是与壳体后段的大端的端面连接，所述助推段发动机药柱是环形的且两端通过助推段发动机药柱支撑件与助推段发动机壳体连接，所述壳体后段的小端位于助推段发动机药柱内。

2.续航段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续航段补燃室连通且在管路上设置有进水管球形阀；续航段燃气发生器包括依次连接的续航段燃气发生器前封头、续航段燃气发生器筒体、续航段燃气发生器喷管，续航段补燃室与续航段燃气发生器喷管连通，续航段尾喷管与续航段补燃室端部连接。

3.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。

4.助推段发动机药柱采用含金属的DB/Al/AP高能固体推进剂；续航段药柱采用纳米铝基固体推进剂，推进剂为质量分数为70～90％的铝、7.5～20％的过氯酸铵以及2.5～10％粘合剂制成的高能推进剂。