一种脉冲式水下动力系统及其使用方法与流程

本发明涉及一种动力系统，具体涉及一种水下动力系统，属于舰艇动力装置总体设计领域。

背景技术：

传统的舰艇主动力装置主要包括蒸汽动力装置、柴油机动力装置、燃气轮机动力装置、核动力装置、联合动力装置和电力推进装置等。其工作原理是：利用蒸汽、燃气和水等工质，吸收舰艇携带的化学燃料燃烧或核燃料裂变释放出来的热能，由主机将热能转变为机械能作功，经传动装置带动推进器以推动舰艇。这些动力装置各有优缺点和适用范围。不同类型的舰艇，根据其使命任务、战术技术性能和战斗使用的要求，按照国家的动力政策，选用适合的动力装置类型。

但不管是哪一种传统动力装置，其都由主机、传动装置、轴系、推进器以及有关的辅助机械、设备和管路系统等构成，系统庞大而复杂、总体效率低下、可靠性不高等缺点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种脉冲式水下动力系统，将燃烧室化学能直接转化为动力，无需将热能转变为机械能，使得热效率利用率高，且装置结构简单、可靠性高。

所述的脉冲式水下动力系统，包括：燃烧室、设置在燃烧室两相对端的管路a和管路b、用于向所述燃烧室内提供氧化剂的氧化剂供给单元和用于向所述燃烧室内提供还原剂的还原剂供给单元、用于将燃烧室内混合一起的氧化剂和还原剂点燃的点火装置；

所述管路a通过阀门a与燃烧室相连，管路b通过阀门b与燃烧室相连，燃烧室底部设置有排水用阀门c；

所述阀门a、阀门b、阀门c、氧化剂供给单元、还原剂供给单元和点火装置受控于控制单元。

当所述氧化剂与还原剂为液态时，所述燃烧室内设置有监测氧化剂和还原剂混合液的液位的液位传感器，所述液位传感器将监测的液位数据实时发送给控制单元；

当所述氧化剂与还原剂为气态时，所述燃烧室内设置有监测其内部压力的压力传感器，所述压力传感器将监测的压力数据实时发送给控制单元。

此外，本发明公开了该脉冲式水下动力系统的使用方法：所述脉冲式水下动力系统作为水下装备的动力单元，安装在所述水下装备上，所述管路a和管路b中一个管路的进出水口朝向与所述水下装备前进方向，另一个管路的进出水口背向所述水下装备前进方向；

所述水下脉冲式动力系统单个脉冲周期的工作过程为：

步骤一：所述控制单元控制阀门a和阀门b打开，使水介质流入燃烧室；

步骤二：设定时间后，所述控制单元关闭阀门a和阀门b；该设定时间保证所述水介质充满燃烧室以及管路a和管路b；

步骤三：所述控制单元控制阀门c打开，同时控制所述氧化剂供给单元和还原剂供给单元一起向所述燃烧室腔体内提供设定比例的氧化剂与还原剂，当燃烧室内的水介质全部排出后，所述控制单元控制阀门c关闭；

步骤四：若氧化剂与还原剂为液态，则当燃烧室内的液位到达设定值时，进入下一步；若氧化剂与还原剂为气态，则当燃烧室内的压力值到达设定值时，进入下一步；

步骤五：当需要为水下装备提供前进的动力时，所述控制单元开启与进出水口背向所述水下装备前进方向的管路上的阀门；当需要提供制动力或后退的动力时，所述控制单元开启进出水口朝向所述水下装备前进方向的管路上的阀门；然后所述控制单元控制点火装置点火，将燃烧室内混合一起的氧化剂和还原剂点燃，燃烧产生的高温高压能量直接作用于阀门打开侧的管路中的水介质上，使得该管路中的水介质部分汽化，使燃烧室和该管路中压力上升，以此产生反作用力，为水下装备提供脉冲式动力。

有益效果：

(1)该动力系统采用将燃烧室化学能直接转化为动力的方式，不存在机械能的转换，热效率利用率高；且理论上功率可以“无限”扩大。且该动力系统结构简单，重量轻，成本低。

(2)采用该动力系统能够输出脉冲式动力，能够实现瞬间加减速，能够实现舰船的急速到达，可以让舰艇短距离制动，或加速后退航行，使舰艇航行惯性造成的事故率大大降低。

(3)该动力系统即可作为动力系统，又可作为制动系统，能够满足新一代舰艇高速行进和强力制动的要求；且能使舰艇在窄水域(常规动力的舰艇很难或不能掉头)出入自如，不需要转弯半径而掉头航行，采用该动力系统的舰艇机动灵活，就像海中乌贼一样，且可以“倒行逆施”。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

其中：1-进水管，2-阀门a，3-燃烧室，4-阀门b，5-排放管，6-阀门c，7-氧化剂供给单元，8-还原剂供给单元，9-点火装置，10-控制单元。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种能够满足新一代舰艇高速行进和强力制动要求的水下动力系统。

如图1所示，该水下动力系统包括：动力系统本体、燃料供给单元7、氧化剂供给单元8、控制单元10和点火装置9。其中动力系统本体包括：进水管1、燃烧室3和排放管5，进水管1和排放管5的作用可以互换，由动力驱动的方向而定。

其连接关系为：进水管1和排放管5分别设置在燃烧室3的两相对端，其中进水管1位于舰艇前进方向上，进水管1通过阀门a2与燃烧室3相连，排放管5通过阀门b4与燃烧室3相连，燃烧室3上设置有排水用阀门c6，燃烧室3上设置有用于向燃烧室3腔体内提供氧化剂的氧化剂供给单元7和用于向燃烧室3腔体内提供还原剂的还原剂供给单元8，同时在燃烧室3顶部设置有用于将燃烧室3内混合一起的氧化剂和还原剂点燃的点火装置9。阀门a2、阀门b4、阀门c6均为受控于控制单元10的电动阀，燃料供给单元7、氧化剂供给单元8和点火装置9均受控于控制单元10。氧化剂和还原剂可以为气态或液态，气态氧化剂和还原剂如气氧和气氢，液态氧化剂和还原剂如双氧水和液态肼。

采用该动力系统能够为舰艇提供脉冲式动力，需要提供前进的动力时，单个脉冲周期的工作过程为：

步骤一：控制单元10控制阀门a2和阀门b4打开，使水介质从进水管1流入动力系统本体，水介质依次通过阀门a2进入燃烧室3，进而通过阀门b4进入排水管5；

步骤二：设定时间后控制单元10关闭阀门a2和阀门b4，该设定时间保证水介质能够充满整个进水管1、燃烧室3和排放管5；

步骤三：控制单元10控制燃烧室3底部排水用阀门c6打开，同时打开燃烧室3顶部的氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8一起向燃烧室3腔体内供给氧化剂与还原剂，待燃烧室3内水介质全部排出后(通过设置在燃烧室3底部的流量传感器监测，流量传感器将监测的数据实时发送给控制单元10，当流量传感器监测的流量与燃烧室3容积一致时，表明燃烧室3内水介质全部排出)，控制单元10控制阀门c6关闭；

为使整个系统结构简单，在该步骤中，不设置用于为燃烧室3腔体内水的排放提供动力的动力单元，若氧化剂和还原剂为气态，则将阀门c6设置在燃烧室3底部，氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8设置在燃烧室3顶部，利用氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8一起向燃烧室3内提供的高压的供给氧化剂与还原剂向燃烧室3内的水介质施加压力，从而使燃烧室3内的水介质从阀门c6排出；若氧化剂和还原剂为密度低于水的液态，则将阀门c6设置在燃烧室3底部，氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8设置在燃烧室3顶部，则当从顶部向燃烧室3内提供氧化剂与还原剂时，燃烧室3内的水介质便会从阀门c6排出；若氧化剂和还原剂为密度大于水的液态，则将阀门c6设置在燃烧室3顶部，氧化剂供给单元7和还原剂供给单元8设置在燃烧室3底部，则当从底部向燃烧室3内提供氧化剂与还原剂时，燃烧室3内的水介质便会从阀门c6排出。

步骤四：若氧化剂与还原剂为液态，则通过设置在燃烧室3内的液位传感器实时监控氧化剂和还原剂混合液的液位，并发送给控制单元10，当燃烧室3内的液位到达设定值时，进入下一步；若氧化剂与还原剂为气态，则通过设置在燃烧室3内的压力传感器实时监控燃烧室3内的压力值，并发送给控制单元10，当燃烧室3内的压力到达设定值时，进入下一步；

步骤五：控制单元10开启排放管侧阀门b4，紧接着控制单元10控制点火装置9点火，将燃烧室3内混合一起的氧化剂和还原剂点燃，使其在燃烧室3内进行剧烈化学反应，该化学反应产生的高温高压能量直接作用于排放管5中的水介质上，排放管5中的水介质在高温下部分汽化，使燃烧室3和排放管5中压力进一步上升，以此产生强大的反作用力，为舰体提供脉冲式动力，能够实现瞬间加减速，实现舰船的急速到达。

当需要提供制动力或后退的动力时，单个脉冲周期的工作过程为：

该过程的前四步与上述步骤一至步骤四相同，区别在于，在步骤五中：

控制单元10开启进水管侧阀门a2，紧接着控制单元10控制点火装置9点火，将燃烧室3内混合一起的氧化剂和还原剂点燃，使其在燃烧室3内进行剧烈化学反应，该化学反应产生的高温高压能量直接作用于进水管1中的水介质上，进水管1中的水介质在高温下部分汽化，使燃烧室3和进水管1中压力进一步上升，以此产生强大的反作用力，为舰体提供脉冲式制动力或后退的动力，可以让舰艇短距离制动，或加速后退航行。

该动力系统既是舰艇的主动力，也是舰艇的主制动力，装备有该动力系统的舰艇不再区分船头和船尾，舰艇的两头既是船头也是船尾。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。