[发明专利]一种分布式核动力发动机系统

说明书

本发明提供一种分布式核动力发动机系统，包括固定基座以及安装在固定基座上的反应堆系统、能量转换系统、电推进发动机系统以及连接管路。所属反应堆系统包括反应堆及连接管路，反应堆包括压力容器、堆芯、控制棒、控制棒驱动机构以及堆内构件。能量转换系统包括气轮机、回热器、冷却器、压缩机、发电机、传动装置以及连接管路。电推进发动机系统包括电动机、螺旋桨、电源管理系统以及连接电路。本发明能够克服常规动力装置续航里程有限、直接循环核动力发动机造成放射性污染、间接循环方案重量体积较大且负荷跟踪不及时的问题。

技术领域

本发明涉及一种分布式核动力发动机系统，属于核反应堆工程技术、动力装置设计领域。

背景技术

核能拥有极高的能量密度，一克U-235完全裂变释放出的能量相当于2.8吨标准煤完全燃烧所释放出的能量。能量密度高意味着相同功率下装置体积小，虽然核反应堆本身仅有几立方米，但其输出功率可达几十甚至上百兆瓦，通过能量转换装置实现热能向电能的转变，电能继而可以转化为机械能、光能等其他形式能量，带动发动机运转以驱动飞行器飞行并带动其他载荷工作。

布雷顿循环是一种热力学循环，能量转换系统通过该循环实现高效动态能量转换。其突出特点是转换效率高。布雷顿循环装置至少包含热源、压缩机、气轮机和冷却器等。通过增加回热器、再热器等装置能够进一步完成回热循环、再热循环，提高能量利用效率。理想条件下，工质在装置中完成绝热压缩、定压加热、绝热膨胀和定压放热，实现对外功率输出。现实条件下，存在热量损失、漏气、摩擦等因素，无法做到完全绝热，但总体而言布雷顿循环能够实现较高效率，装置结构简单、体积小，适合移动式装备搭载。

分布式能量供应系统是以电力产生、储存、分配为核心，通过电力驱动发动机及其他载荷。船舶综合全电力推进系统是分布式能量供应系统的一种，目前，该系统已经得到试验推广。该系统设计使得发动机放置更加自由，发动机与船体之间声学解耦，以此减少噪音，并减轻重量和体积。

目前，核动力装置多利用反应堆产生的热量直接驱动发动机，进而推动装置运动。典型代表是直接循环和间接循环发动机，直接循环核动力发动机具有原理直接、循环简单等特点。其直接对空气进行加热，做功后的废气直接排出，放射性物质直接喷射在大气中，会造成飞行区域内严重的放射性污染。间接循环发动机将反应堆系统与推进系统分离，反应堆与发动机构成两个回路，通过换热器进行能量交换，克服了放射性污染的问题，但负荷变化需要反应堆做出快速响应，堆芯反应性控制组件频繁动作，有可能对反应堆寿期造成不良影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全可靠、高效紧凑的分布式核动力发动机系统，该系统能够克服常规动力装置续航里程有限、直接循环核动力发动机造成放射性污染、间接循环方案重量体积较大且负荷跟踪不及时的问题。