[发明专利]水下二相冲压喷射发动机

说明书

本发明一般系有关二相海用推进系统，更明确言之，系有关水下二相冲压喷射发动机。

已有各种尝试，以改进吸气喷射发动机的吸水式衍生物，以大幅扩大高速海上船只的性能图(performance envelope)。吸水冲压喷射发动机的基本原理是由气体产生器的压缩气体或燃烧产物激励及加速水，如Schell等人的美国专利3,171,379，题为“水-气力冲压喷射器”中所述，上述装置一般称为“Marjet”。依据牛顿第一定律，推进系统由施加一相等及相反的力于相邻媒体上而被施加推力。在流体媒体的情形，依据牛顿第二定律，该力等于流体动量的变化率。进行动量变化的流体的部分称为“工作流体”。在水下二相冲压喷射发动机推进装置中，工作流体为水及气体(宜为空气)的二相混合物。泡沫流由于液相及气相的缘故，具有可压缩性的高密度的特征。

虽Marjet为现有技术所述此类装置中的最佳系统，但具有若干重大的缺点，由此造成其缺乏商业化。Marjet的缺点包含：第一，混合效率不良，导致总推进效率低；第二，气体通过均匀的多孔套筒进入，产生大小范围非常窄的泡沫，从而限制气体在二相工作流体中的最大体积，且由此大大限制船只的机敏性；第三，不能变换气体的热能为推进动力；第四，近于停顿及低速时加速能力差，且加速潜力有限，不能冲过水翼或气垫船的阻力峰。及另外的缺点包含推力强度与巡航速度关连，推进装置并不呈现反向推力或整体转向能力，及推进及其他流体动力功能，诸如适航性，主动稳定性，举升，转向，及推力反向等各由专用系统进行。

其他改进包括“水-脉冲-喷射”，如说明于Alamos国家实验室报告LA-10358-MS，1985年5月，其中，考虑使用脉冲喷射装置来推进鱼雷导弹。此改进的唯一优点为其高速能力，而其缺点则包括复杂，不安全，水污染，非常重，无效率，价格昂贵等。

另一改进包括“气体-放大-水-喷射”，如说明于Auburn大学水翼机械工程部的海军研究室的报告N 00014-75-C-0936，1976年11月，其中，在泵排出导管中设有一水泵及另一气体助力装置。气体助力器如果其前部无喷水泵则不能工作，因此，此装置具有基于叶轮的水喷射器的所有缺点，为得到高速巡航的额外动力需有气体助力器，导致其复杂性增加。

又另一改进包括“水-放大-气体-喷射”，如Scoff-Scott的美国专利3,808,804号中所述，其中，一推进装置包含一吸气轮机发动机，加装一喷雾助力装置于排出导管中，经由水注射器，管线，及水泵馈给水。此装置似乎在高速应用上有希望，但当在码头中，其他船只附近，或低速上操纵时，有严重的安全及效率上的限制。

本发明的目的在提供一种无上述的缺点的创新的水下二相冲压喷射发动机。

本发明的目的在于提供二相冲压喷射发动机推推进装置的若干实施例，具有固定形状或可变形状的构造。

因此，依据本发明的第一方面，提供一种二相冲压喷射发动机推进装置，包含：(a)一入口，用以接受水流；(b)压缩气体注射装置，用以注射压缩气体于该水流中；(c)一混合室，用以混合压缩气体及该水流，以提供一二相工作流体流；及(d)一喷嘴，用以加速二相工作流体流，以产生一二相喷流流，其特征为压缩气体注射装置包含一超音速气体注射器。

依据本发明的一特征，混合室的横断面积大于入口的出口的横断面积。

依据本发明的又一另外的特征，压缩气体喷射装置包含环形莲蓬头，穿孔的圆周套筒，中心体莲蓬头，至少一径向支持臂，至少一列喷嘴，及至少一穿孔板，一次音速气体注射器，至少一涡旋轮叶，不同大小的多个孔，及不同形状的多个孔所构成的组中的至少一个组元。而且，压缩气体注射装置以不同的注射率注射气体流的各部分。

依据本发明的另外的特征，推进装置包含一压力转换器，用以测量周围压力，入口的水压力，压缩气体注射装置中的注射压缩气体的静压力，压缩气体注射装置中注射前压缩气体的总压力，混合室中二相流的压力，喷嘴的喉部处的二相喷流的压力，及喷嘴的出口处的二相喷流的压力所构成组中的至少一个组元。

依据本发明的又一另外的特征，推进装置包含一温度传感器，用以测量水的周围温度，注射前压缩气体的温度，及注射后压缩气体的温度所构成组中的至少一个组元。