專利名稱：一種水面船只的動(dòng)力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種水面船只的動(dòng)力裝置。
背景技術(shù)：
目前，水面船只主要采用燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力裝置。燃?xì)廨啓C(jī)在工作時(shí)，燃燒室內(nèi)進(jìn) 行的是等壓燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)鈳?dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)，渦輪通過減壓器軸帶動(dòng)螺旋槳向 外輸出可用功。采用燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力裝置的主要問題在于燃燒室內(nèi)進(jìn)行的等壓燃燒， 燃燒熱效率不高，一般燃?xì)廨啓C(jī)的熱循環(huán)效率為27% ；采用螺旋槳作為推進(jìn)器，水流的運(yùn)動(dòng) 方向與螺旋槳軸成一定傾角，水流的速度可以分解為一個(gè)向后的軸向速度和垂直于軸線的 周向速度，而周向速度不能產(chǎn)生軸向的反推力，使得螺旋槳對水的做功并不能完全轉(zhuǎn)化為 有效推力；此外，，當(dāng)螺旋槳的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，容易發(fā)生空泡現(xiàn)象，使螺旋槳的推進(jìn)效率顯著下 降。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有水面船只采用燃?xì)廨啓C(jī)作為動(dòng)力裝置中出現(xiàn)的熱循環(huán)效率不高，功率 有限的問題，本發(fā)明提出了采用脈動(dòng)射流發(fā)動(dòng)機(jī)作為水面船只的動(dòng)力裝置，其工作原理是 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的爆震波將其傳播方向上的流體高速排出，以此獲得反推力對外做功。技術(shù)方案本發(fā)明采用的技術(shù)方案為所述一種水面船只的動(dòng)力裝置，包括有脈沖爆震管，其特征在于還包括有發(fā)動(dòng)機(jī) 斜管體，發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體分為傾斜段和出口段，傾斜段和出口段之間有彎折；發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體傾 斜段端口與脈沖爆震管出口采用法蘭同軸連接，在傾斜段管壁上裝有壓力探針；在發(fā)動(dòng)機(jī) 斜管體傾斜段管壁上還開有帶閉合裝置的可控進(jìn)水口，閉合裝置與壓力探針之間串聯(lián)有信 號(hào)處理系統(tǒng)和舵機(jī)，當(dāng)壓力探針測得壓力大于信號(hào)處理系統(tǒng)的壓力設(shè)定值時(shí)，信號(hào)處理系 統(tǒng)控制舵機(jī)驅(qū)動(dòng)閉合裝置閉合可控進(jìn)水口，當(dāng)壓力探針測得壓力不大于信號(hào)處理系統(tǒng)的壓 力設(shè)定值時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)控制舵機(jī)驅(qū)動(dòng)閉合裝置打開可控進(jìn)水口 ；可控進(jìn)水口在發(fā)動(dòng)機(jī) 斜管體出口段橫截面所在平面上的投影面積至少為發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體出口段端口面積的50% ； 所述水面船只的動(dòng)力裝置工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體的出口段處于水面以下，可控進(jìn)水口處于 水面以下。所述一種水面船只的動(dòng)力裝置的優(yōu)選方案，其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體傾斜段與 出口段的彎折角度為15° -60°。所述一種水面船只的動(dòng)力裝置的優(yōu)選方案，其特征在于信號(hào)處理系統(tǒng)的壓力設(shè) 定值為 2MPa-5MPa。所述一種水面船只的動(dòng)力裝置的優(yōu)選方案，其特征在于脈沖爆震管的點(diǎn)火裝置 位于脈沖爆震管上部管壁，脈沖爆震管中裝有爆震增強(qiáng)裝置，當(dāng)燃燒波傳至發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體傾斜段管口時(shí)，燃燒波已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸鸩?；脈沖爆震管的燃料進(jìn)口與燃料電磁閥之間的管 道中裝有防回火裝置、氧化劑進(jìn)口與氧化劑電磁閥之間的管道中裝有防回火裝置、隔離氣 進(jìn)口與隔離氣電磁閥之間的管道中裝有防回火裝置。所述一種水面船只的動(dòng)力裝置的優(yōu)選方案，其特征在于脈沖爆震管的工作頻率 不大于20Hz。所述一種水面船只的動(dòng)力裝置的優(yōu)選方案，其特征在于脈沖爆震管的工作頻率 為 15Hz。所述一種水面船只的動(dòng)力裝置的優(yōu)選方案，其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體的出口段 在工作時(shí)處于水平狀態(tài)，可控進(jìn)水口的進(jìn)水方向與船只的前進(jìn)方向相反。有益效果本發(fā)明采用脈動(dòng)射流發(fā)動(dòng)機(jī)作為水面船只的動(dòng)力裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒產(chǎn)生的爆震 波以每秒2000米左右的速度在可燃?xì)庵袀鞑?，能產(chǎn)生極高的增壓比(15 55倍)和燃?xì)?溫度(大于^OOK)。當(dāng)高溫、高壓、高速燃?xì)夂捅鸩ㄍ苿?dòng)流體從脈動(dòng)射流發(fā)動(dòng)機(jī)排出時(shí)就 會(huì)產(chǎn)生推力。由于爆震波傳播速度極快，其后的燃燒過程接近等容燃燒過程，其熱循環(huán)效率 可高達(dá)49%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)等壓燃燒的熱循環(huán)效率(27% )。脈動(dòng)射流發(fā)動(dòng)機(jī)作為 動(dòng)力裝置，無需螺旋槳的轉(zhuǎn)化做功，采用噴射式推進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)對水的做功即為有效做功，沒 有因?yàn)橹芟蛩俣榷鸬哪芰繐p失。由于沒有使用螺旋槳，因此也不會(huì)產(chǎn)生空泡現(xiàn)象，減少 了發(fā)動(dòng)機(jī)的故障發(fā)生率。


圖1 本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 電磁閥和點(diǎn)火器的控制時(shí)序圖；圖3 壓力探針采集的壓力波形圖；其中，1、燃料電磁閥；2、防回火網(wǎng)；3、氧化劑電磁閥；4、隔離氣電磁閥；5、點(diǎn)火器； 6、爆震增強(qiáng)裝置；7、爆震管；8、壓力探針；9、發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體；10、可控進(jìn)水口 ；11、舵機(jī)；12、 信號(hào)處理系統(tǒng)；13、法蘭。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明。實(shí)施例本實(shí)施例所述的一種水面船只的動(dòng)力裝置包括有脈沖爆震管7和發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體 9。脈沖爆震管7采用的燃料為航空煤油，供給壓力為0. 5MPa，氧化劑為壓縮氧氣，供 給壓力為1. 5MPa,燃料和氧化劑的供給壓力大于發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體出口的水壓，液態(tài)煤油/氧 氣混合物的當(dāng)量比約為1.0，隔離氣為壓縮氮?dú)猓荏w內(nèi)徑為30mm，長0. 9m。脈沖爆震管7的 燃料進(jìn)口開在脈沖爆震管7封閉端端頭上，燃料進(jìn)口外接燃料電磁閥1，脈沖爆震管7的氧 化劑管路和隔離氣管路并聯(lián)后采用相同進(jìn)口，進(jìn)口開在脈沖爆震管7管壁上，在氧化劑管 路和隔離氣管路上還分別接有氧化劑電磁閥3和隔離氣電磁閥4。此外，由于回火現(xiàn)象較為 嚴(yán)重，為了保護(hù)燃料電磁閥1、氧化劑電磁閥3和隔離氣電磁閥4，在相應(yīng)電磁閥和進(jìn)口之間的管路中都裝有防回火網(wǎng)2。脈沖爆震管7的點(diǎn)火器5選用汽車火花塞，點(diǎn)火能量為50mJ， 點(diǎn)火器5安裝在脈沖爆震管7的上部管壁上，且距離脈沖爆震管7封閉端的距離為脈沖爆 震管7管體內(nèi)徑的2. 5倍，即75mm。在點(diǎn)火器5與脈沖爆震管7出口之間的管內(nèi)壁上還焊 接有一段Sichelkin螺旋作為爆震增強(qiáng)裝置，Shchelkin螺旋軸向長為360mm，螺距30mm， 采用了爆震增強(qiáng)裝置使得燃燒波傳至發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體傾斜段管口時(shí)，燃燒波就已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸?震波。發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體9的管體內(nèi)徑為30mm，分為傾斜段和出口段，整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體9 沿軸向的長度累加為180mm。出口段長為50mm，傾斜段和出口段之間有彎折，彎折角度為 37°，本實(shí)施中，傾斜段本身也有彎折，彎折角度同樣為37°，使得傾斜段的一部分管體與 出口段平行，該段管體長為30mm，在本實(shí)施例中將傾斜段本身彎折的目的是為了試驗(yàn)方便， 而為了取得發(fā)明本身的效果，只需要限定傾斜段和出口段之間存在彎折既可，即在工作時(shí)， 出口段處于水面以下，而由于存在彎折，可以避免水通過發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體進(jìn)入脈沖爆震管，同 時(shí)為了獲得較大的前進(jìn)動(dòng)力，處于水下的出口段處于水平狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體9的傾斜段端口與脈沖爆震管7的出口采用法蘭13同軸連接，并在 傾斜段管壁上裝有壓力探針8，壓力探針8距離法蘭13的軸向長度為7mm，該壓力探針8為 壓電式傳感器，用于測量傾斜段內(nèi)的壓力。在發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體9的傾斜段管壁上還開有帶閉 合裝置的可控進(jìn)水口 10，在工作時(shí)，可控進(jìn)水口 10處于水面以下，本實(shí)施例中采用的閉合 轉(zhuǎn)置為活動(dòng)?xùn)湃~?；顒?dòng)?xùn)湃~與壓力探針8之間串聯(lián)有信號(hào)處理系統(tǒng)12和舵機(jī)11，當(dāng)壓力探 針8測得的壓力大于信號(hào)處理系統(tǒng)12的壓力設(shè)定值時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)12控制舵機(jī)11驅(qū)動(dòng) 活動(dòng)?xùn)湃~閉合可控進(jìn)水口 10，當(dāng)壓力探針8測得的壓力不大于信號(hào)處理系統(tǒng)12的壓力設(shè)定 值時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)12控制舵機(jī)11驅(qū)動(dòng)活動(dòng)?xùn)湃~打開可控進(jìn)水口 10，本實(shí)施例中信號(hào)處理 系統(tǒng)12的壓力設(shè)定值為2. 5MPa。為了保證在脈沖爆震管的一個(gè)工作周期內(nèi)，能夠及時(shí)的將 發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體9處于水下的管體內(nèi)填充滿水，本實(shí)施例中取可控進(jìn)水口 10在發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體 出口段橫截面所在平面上的投影面積為發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體出口段端口面積的50%，其中所述的 出口段橫截面為垂直于出口段中心軸線的橫截面。可控進(jìn)水口 10朝向船只的前進(jìn)方向，使 得進(jìn)水方向與船只的前進(jìn)方向相反，從而更加有利于水的填充。同時(shí)由于在脈沖爆震管一 個(gè)工作周期內(nèi)，需要進(jìn)行水的排除及再填充過程，因此脈沖爆震管的工作頻率不能過高，試 驗(yàn)顯示，工作頻率高于20Hz后，發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體9內(nèi)的水填充過程難以在一個(gè)工作周期內(nèi)完 成。本實(shí)施例中采用的脈沖爆震管工作頻率為15Hz。進(jìn)行本實(shí)施例時(shí)，環(huán)境壓力和環(huán)境溫度分別為1. 01325X 105Pa和觀8. 15K。在該 實(shí)驗(yàn)條件下，由爆震通用計(jì)算軟件CEA程序(Chemical Equilibrium and Applications) 計(jì)算出的煤油/氧氣氣相爆震壓力4. 36MPa。在本實(shí)施中，3個(gè)電磁閥以及點(diǎn)火器的控制時(shí) 序如圖2所示氧化劑電磁閥3和燃料電磁閥1的占空比為0.3，相位為0 ；點(diǎn)火器的占空比 為0.01，相位為108° ；隔離氣電磁閥4的占空比為0.3，相位為252°。壓力探針采集的壓 力變化曲線如圖3所示，截取的時(shí)間長度為Is。從圖中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，壓力探針采集到的 峰值壓力平均壓力為3. 70MPa，為計(jì)算值的86%?？紤]到氣液兩相反應(yīng)的一些實(shí)際情況，包 括燃油的霧化和摻混，實(shí)際壓力峰值在計(jì)算值的80%左右時(shí)，即認(rèn)為形成了穩(wěn)定的爆震波。 由此可知，本實(shí)施例中發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)形成了充分發(fā)展的爆震波。充分發(fā)展的爆震波具有很高的燃?xì)鉁囟群蛪毫?，?dāng)爆震波傳播至發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體內(nèi)的液面處時(shí)，會(huì)對水產(chǎn)生作用力而將填充在發(fā)動(dòng)機(jī)斜管段內(nèi)的水高速排出。根據(jù)牛頓第三 定律，從而使船只獲得推力。
權(quán)利要求
1.一種水面船只的動(dòng)力裝置，包括有脈沖爆震管，其特征在于還包括有發(fā)動(dòng)機(jī)斜管 體，發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體分為傾斜段和出口段，傾斜段和出口段之間有彎折；發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體傾斜段 端口與脈沖爆震管出口采用法蘭同軸連接，在傾斜段管壁上裝有壓力探針；在發(fā)動(dòng)機(jī)斜管 體傾斜段管壁上還開有帶閉合裝置的可控進(jìn)水口，閉合裝置與壓力探針之間串聯(lián)有信號(hào)處 理系統(tǒng)和舵機(jī)，當(dāng)壓力探針測得壓力大于信號(hào)處理系統(tǒng)的壓力設(shè)定值時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)控 制舵機(jī)驅(qū)動(dòng)閉合裝置閉合可控進(jìn)水口，當(dāng)壓力探針測得壓力不大于信號(hào)處理系統(tǒng)的壓力設(shè) 定值時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)控制舵機(jī)驅(qū)動(dòng)閉合裝置打開可控進(jìn)水口 ；可控進(jìn)水口在發(fā)動(dòng)機(jī)斜管 體出口段橫截面所在平面上的投影面積至少為發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體出口段端口面積的50% ；所述 水面船只的動(dòng)力裝置工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體的出口段處于水面以下，可控進(jìn)水口處于水面 以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面船只的動(dòng)力裝置，其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體傾斜 段與出口段的彎折角度為15° -60°。
3 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面船只的動(dòng)力裝置，其特征在于信號(hào)處理系統(tǒng)的壓 力設(shè)定值為2MPa-5MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面船只的動(dòng)力裝置，其特征在于脈沖爆震管的點(diǎn)火 裝置位于脈沖爆震管上部管壁，脈沖爆震管中裝有爆震增強(qiáng)裝置，當(dāng)燃燒波傳至發(fā)動(dòng)機(jī)斜 管體傾斜段管口時(shí)，燃燒波已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸鸩?；脈沖爆震管的燃料進(jìn)口與燃料電磁閥之間 的管道中裝有防回火裝置、氧化劑進(jìn)口與氧化劑電磁閥之間的管道中裝有防回火裝置、隔 離氣進(jìn)口與隔離氣電磁閥之間的管道中裝有防回火裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面船只的動(dòng)力裝置，其特征在于脈沖爆震管的工作 頻率不大于20Hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面船只的動(dòng)力裝置，其特征在于脈沖爆震管的工作 頻率為15Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水面船只的動(dòng)力裝置，其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體的出 口段在工作時(shí)處于水平狀態(tài)，可控進(jìn)水口的進(jìn)水方向與船只的前進(jìn)方向相反。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種水面船只的動(dòng)力裝置，包括有脈沖爆震管和發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體，發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體分為傾斜段和出口段，傾斜段和出口段之間有彎折；發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體傾斜段端口與脈沖爆震管出口采用法蘭同軸連接，在傾斜段管壁上裝有壓力探針；在傾斜段管壁上開有帶閉合裝置的可控進(jìn)水口，閉合裝置與壓力探針之間串聯(lián)有信號(hào)處理系統(tǒng)和舵機(jī)；可控進(jìn)水口在出口段橫截面上的投影面積至少為出口段端口面積的50％；水面船只的動(dòng)力裝置工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)斜管體的出口段處于水面以下，可控進(jìn)水口處于水面以下。本發(fā)明采用爆震管產(chǎn)生高溫、高壓、高速燃?xì)夂捅鸩ㄍ苿?dòng)流體向外排出產(chǎn)生推力。
文檔編號(hào)F02K7/02GK102086822SQ20111000519
公開日2011年6月8日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者嚴(yán)傳俊, 李建玲, 李江紅, 范瑋, 陳巍 申請人:西北工業(yè)大學(xué)