[发明专利]一种金属粉末燃料空水跨介质发动机及其控制方法

说明书

本发明提出一种金属粉末燃料空水跨介质发动机及其控制方法，该发动机具备多频次跃水空、Ma0～4.0速度飞行、水下高速工作能力。金属粉末燃料空水跨介质发动机将空气涡轮火箭发动机、亚燃冲压发动机和水冲压发动机模式有机融合，通过发动机流道调节，能够在水、空介质内工作，可根据外部环境自主切换工作模式，使发动机具有宽速域、高性能工作能力。

技术领域

本发明属于空水跨介质发动机领域，具体涉及一种金属粉末燃料空水跨介质发动机及其控制方法。

背景技术

冲压发动机是一种利用高速空气流的减速增压作用来完成增压燃烧，从而进行工作的空气喷气发动机，通常由进气道、燃烧室和喷管组成。飞行时，气流在通过进气道的过程中减速，静压提升，增压后的空气进入燃烧室与燃料混合组织燃烧，生成的高温燃气在喷管中膨胀加速后排出，产生推力。

冲压发动机的燃料比冲远高于现有的涡轮喷气发动机和压燃冲压发动机，能够实现更高的飞行速度以及飞行高度，同时降低空间运输成本，适用于高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等新型飞行器。

目前，已经公开的金属燃料跨介质发动机主要以固体药柱为推进剂，包含固体冲压模态和水冲压模态，只能在超声速条件下工作是固体冲压发动机的固有特征，因此这类跨介质发动机的飞行速域较为有限；同时，固体燃气发生器内的固体燃料燃烧的调节能力有限，使得发动机在空中和水下的推力等特性调节范围较窄，不能保证发动机工作在较高的比冲状态下，影响飞行器的航程，也影响飞行器的任务剖面优化。

发明内容

为解决现有空水跨介质发动机存在飞行速域有限、性能不满足要求的问题，本发明提出一种金属粉末燃料空水跨介质发动机，该发动机具备多频次跃水空、Ma0～4.0速度飞行、水下高速工作能力。金属粉末燃料空水跨介质发动机将空气涡轮火箭发动机、亚燃冲压发动机和水冲压发动机模式有机融合，通过发动机流道调节，能够在水、空介质内工作，可根据外部环境自主切换工作模式，使发动机具有宽速域、高性能工作能力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种金属粉末燃料空水跨介质发动机，包括进气道、ATR核心机、进气流道切换活门、混流器、燃烧室、水二次射流喷注器、喷管、火焰稳定器、冲压活门、燃烧室前活门、进水道和燃料供应系统；所述进气道由外壳体和设置在外壳体内部前端的进气道锥体形成，用于实现空气的捕获；所述ATR核心机设置在外壳体内部后端，且与外壳体形成冲压流道，所述进气流道切换活门设置在ATR核心机的前端，用于控制进气道中的空气进入ATR核心机流道进行燃烧；所述混流器设置在ATR核心机的后端，用于对空气和燃气进行混合；所述燃烧室、喷管设置在外壳体的后端，用于对混合后的空气和燃气进行燃烧并产生推力，所述火焰稳定器设置在燃烧室内，实现燃料喷注和火焰稳定；所述水二次射流喷注器设置在燃烧室、喷管之间，用于实现海水的喷射；所述冲压活门设置在冲压流道的后端，用于控制进气道中的空气通过冲压流道进入燃烧室；所述燃烧室前活门设置在混流器的进口端，用于控制ATR核心机中的燃气进入混流器；所述进水道设置在外壳体内，其一端与进气道锥体的前锥体连接，另一端分别与混流器、水二次射流喷注器连接，前锥体能够移动打开，使得海水通过进水道进入燃烧室进行燃烧，所述燃料供应系统包括依次连接的二氧化碳气瓶、电爆阀、可调节孔板、金属粉末贮箱，所述金属粉末贮箱的出口分别与ATR核心机的燃气发生器、燃烧室连接；所述二氧化碳对金属粉末进行流化，流化气流量由可调节孔板控制；金属粉末的流量由金属粉末贮箱的活塞驱动电机转速控制。

进一步地，还包括设置在进气道锥体上的超空泡系统和水介质发生器，所述水介质发生器分别与燃料供应系统、进水道连接，所述水介质发生器和超空泡系统产生水介质超空泡，并将其作用在进气道锥体前端，用于减小飞行器的阻力。

进一步地，还包括润滑系统，所述润滑系统包括依次设置的润滑油贮箱、润滑泵和润滑管路，所述润滑管路分别与进气道电液伺服作动器、喷管电液伺服作动器、ATR核心机的润滑油路连接，用于给进气道调节机构、ATR核心机和喷管提供润滑油。