一种基于固体推进的跨介质冲压发动机的制作方法

本发明涉及粉末燃料冲压、固体火箭冲压及水冲压发动机等领域，具体涉及一种基于固体推进的跨介质动力装置。

背景技术：

跨介质飞行器是一种可在空中飞行和水下潜航的新概念飞行器，它兼有飞行器的速度和潜航器的隐蔽性，既可在水下机动，从水下、水上发起攻击，也可贴海飞行，实施隐蔽精确打击，可有效利用雷达和各种探测设备的盲区，对敌方航母、军舰和潜艇等发动突袭，具有高效突防打击和多任务能力。早在20世纪20～30年代就有人提出了潜水飞机或者飞行潜艇的设想，但限于技术水平，至今未成功转化为工程型号。随着近年来的技术发展，特别是复合材料工艺的飞速发展和高比能储能电池的开发，为跨介质无人飞行器的研发铺平了道路；同时，对近海地区的争夺、控制、隐蔽突防的重要性在军事理论方面的提升也使得跨介质飞行器备受重视。国外已经对跨介质无人飞行器的军事用途进行了论证，并提出了一些设计方案。现阶段，关于跨介质飞行器的研究，主要是针对跨介质飞机的系统构型，尚未见关于跨介质导弹的公开报道。目前跨介质飞行器技术发展的主要难点之一在于动力系统，要求跨介质冲压发动机可在两种不同工作模态下转换并保证一定的燃烧效率。

技术实现要素：

针对现有的技术缺陷及需求背景，本发明结合当前超声速反舰导弹和超高速鱼雷的动力装置发展最新现状，率先将跨介质飞行器概念应用于反舰导弹上，提出一种新型的基于固体推进的跨介质冲压发动机方案，可进一步提高导弹隐蔽性、机动性、规避性和变速能力，使得其在反舰导弹上具有广阔的应用前景。

图1为本发明轴向剖面原理图。一种基于固体推进的跨介质冲压发动机包括燃气发生器(1)、流道(2)、流道挡板(3)、挡板驱动电机(4)、隔板(5)、雾化喷嘴(6)、粉末燃料储箱(7)、活塞(8)、活塞驱动电机(9)、供粉装置出口(10)、燃烧室(11)、尾喷管(12)，

所述燃气发生器(1)外壁与流道(2)壁面焊接相连，流道(2)均匀布置在燃气发生器(1)的外部圆周上，流道(2)与燃气发生器(1)一体化设计，既保证发动机正常工作，又保证燃气发生器1的流线外形，

所述隔板(5)设置在流道(2)内部，隔板(5)的前端为上下流道挡板的连接处，尾端与雾化喷嘴(6)头部密封焊接相连，上面的流道挡板、隔板(5)、雾化喷嘴(6)与流道一侧的内壁形成进水道，进水道从隔板(5)前端往尾端呈逐渐收缩形状，下面的流道挡板、隔板(5)、与流道另一侧的内壁形成进气道；

燃气发生器(1)及流道(2)都设置在导弹壳体内部；

粉末燃料储箱(7)置于导弹壳体内部，粉末燃料储箱(7)为空心圆筒状，粉末燃料储箱(7)的空心处设有燃烧室(11)，燃烧室(11)与粉末燃料储箱(7)内壁之间设有隔热层，

供粉装置出口(10)设置在粉末燃料储箱(7)内壁，连通到燃烧室(11)，与来流方向呈小角度布置，

粉末燃料储箱(7)一端连接活塞(8)一端，活塞(8)另一端与活塞驱动电机(9)相连，活塞(8)由活塞驱动电机(9)驱动，活塞(8)将粉末燃料从供粉装置出口(10)推出至燃烧室(11)，

燃烧室(11)尾部与尾喷管(12)头部焊接相连。

本发明的工作原理是：当导弹从地面(空中)发射时，先进入空中巡航阶段，发动机以铝镁富燃料推进剂结合镁、铝金属粉末为燃料，空气为氧化剂，以粉末燃料冲压发动机模态工作；进入水下巡航状态后，发动机燃料不变，此时改用海水雾化并在燃烧室加热后形成的过热水蒸气为氧化剂，以粉末燃料水冲压发动机模态工作，利用水冲压发动机并辅以超空泡减阻技术，实现高速突防、高速攻击、高速命中特性。当导弹从水下发射时，则反之，先以粉末燃料水冲压发动机模态工作，实现水下巡航；进入空中巡航阶段后，则以粉末燃料冲压发动机模态工作。

本发明的效果和益处是：

1、相比传统固体冲压及水冲压发动机，本发明实现了推进系统双模态转换并跨介质工作，充分结合了空中飞行和水中潜航的优点，使得跨介质导弹具有高效突防打击和多任务能力；2、本发明采用并联式流道实现跨介质冲压发动机进气道与进水道一体化，于流道口设置电机驱动挡板转动实现进气与进水两种工作模式转换时，所采用的氧化剂互不干扰；3、采用铝镁富燃料推进剂结合铝镁粉末燃料，通过控制粉末供应装置的起动、关机、及运动速度，可实现燃料的输送、停止、及流量控制，从而更好的实现粉末燃料的可控供应，满足不同模态和推力调节时的燃气流量需求。

附图说明

图1为本发明一种基于固体推进的跨介质冲压发动机结构示意图，其中各标号表示：1——燃气发生器，2——流道，3——流道挡板，4——挡板驱动电机，5——隔板，6——雾化喷嘴，7——粉末燃料储箱，8——活塞，9——活塞驱动电机，10——供粉装置出口，

11——燃烧室，12——尾喷管

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

在空中巡航段，采用固体火箭冲压发动机结合粉末燃料冲压发动机工作模式：高金属含量富氧燃料在燃气发生器1中燃烧作为值班火焰，生成高温富燃燃气并进入燃烧室11；此时，发动机壳体中电机4驱动挡板3闭合，燃气发生器壳体中电机4驱动挡板3开启，流道转换为进气道模态；同时，粉末燃料储箱7中燃料经活塞8推动从出口10喷出，与来流空气及高温富燃燃气在燃烧室中掺混，并进一步燃烧，产生高温高压气体经尾喷管12膨胀做功，产生推力；

水下巡航阶段，采用固体火箭冲压发动机结合粉末燃料水冲压发动机工作模式：高金属含量富氧燃料在燃气发生器1中燃烧作为值班火焰，生成含大量金属的高温富燃燃气并进入燃烧室11；此时，发动机壳体中电机4驱动挡板3开启，燃气发生器壳体中电机4驱动挡板3闭合，流道转换为进水道模态；海水通过流道及喷嘴6雾化后进入燃烧室，在高温燃气作用下形成过热水蒸气；而后高温富燃燃气、粉末燃料与水蒸气掺混燃烧，生成高温燃气经尾喷管12膨胀喷出产生推力。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于固体推进的跨介质冲压发动机。流道均匀布置在燃气发生器的外部圆周上，流道与燃气发生器一体化设计，既保证发动机正常工作，又保证燃气发生器的流线外形。流道挡板由挡板驱动电机驱动，控制上下流道挡板闭合开启，从而切换进气和进水模式。本发明采用并联式流道实现跨介质冲压发动机进气道与进水道一体化，通过控制粉末供应装置的起动、关机、及运动速度，可实现燃料的输送、停止、及流量控制，从而更好的实现粉末燃料的可控供应，满足不同模态和推力调节时的燃气流量需求。

技术研发人员：黄利亚;夏智勋;曹向宇;陈显河;陈斌斌
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2018.10.11
技术公布日：2018.12.28