本發(fā)明涉及航天航空，尤其是涉及一種金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行器及金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、由于碳?xì)淙剂蠜_壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高馬赫數(shù)下燃料釋熱不足，導(dǎo)致飛行器最高馬赫數(shù)難以突破10馬赫。氫燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)雖然飛行速度可以達(dá)到10馬赫，但受制于燃料的存儲(chǔ)問(wèn)題仍存在較多應(yīng)用限制。為了提高燃料熱值，雖然可以采用粉末燃料，但是粉末供應(yīng)系統(tǒng)龐大且需要載氣進(jìn)行流化或分散，并且粉末裝填率難以超過(guò)0.8，仍然會(huì)限制等效燃料能量。

2、此外，對(duì)于高超聲速飛行器機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)而言，其發(fā)熱量較大，且液體碳?xì)淙剂系臒岢翢o(wú)法滿足其冷卻要求，進(jìn)而會(huì)縮短飛行器機(jī)體和發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行器及金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法，以緩解沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)難以滿足高飛行馬赫數(shù)能量需求的技術(shù)問(wèn)題。

2、第一方面，本發(fā)明提供的金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，包括：

3、發(fā)動(dòng)機(jī)流道，所述發(fā)動(dòng)機(jī)流道用于進(jìn)氣并混合熔融狀態(tài)下的金屬燃料，通過(guò)熔融狀態(tài)下的金屬燃料燃燒以產(chǎn)生推進(jìn)力；

4、熔融金屬噴注器件，所述熔融金屬噴注器件用于將熔融狀態(tài)下的金屬燃料噴注至所述發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)；

5、導(dǎo)熱器件，所述導(dǎo)熱器件連接所述熔融金屬噴注器件，且所述導(dǎo)熱器件與所述發(fā)動(dòng)機(jī)流道和/或飛行器機(jī)體導(dǎo)熱連接。

6、結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述熔融金屬噴注器件包括：氮?dú)飧邏汗?、金屬燃料存?chǔ)艙和熔融金屬噴嘴；

7、所述導(dǎo)熱器件與所述金屬燃料存儲(chǔ)艙連接，所述氮?dú)飧邏汗蕖⑺鼋饘偃剂洗鎯?chǔ)艙和所述熔融金屬噴嘴依次連通。

8、結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述導(dǎo)熱器件包括連通所述金屬燃料存儲(chǔ)艙和所述熔融金屬噴嘴的燃料管路；

9、所述燃料管路延伸經(jīng)過(guò)所述發(fā)動(dòng)機(jī)流道的側(cè)壁和所述飛行器機(jī)體。

10、結(jié)合第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述燃料管路延伸至所述飛行器機(jī)體的尾部，用以使所述燃料管路內(nèi)的熔融金屬氣化、并在所述飛行器機(jī)體的尾部噴出。

11、結(jié)合第一方面，本發(fā)明提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，所述金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)還包括：換熱器、換熱管路、蒸氣原料儲(chǔ)艙、蒸氣噴管和蒸氣釋放閥；

12、所述導(dǎo)熱器件與所述換熱器連接，所述換熱器和所述蒸氣原料儲(chǔ)艙分別與所述換熱管路連接；

13、所述蒸氣噴管與所述蒸氣原料儲(chǔ)艙流體連通，所述蒸氣噴管的開口端位于所述飛行器機(jī)體的尾部，所述蒸氣釋放閥安裝于所述蒸氣噴管。

14、第二方面，本發(fā)明提供的飛行器搭載有第一方面記載的金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

15、第三方面，本發(fā)明提供的金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法，包括以下步驟：

16、利用發(fā)動(dòng)機(jī)流道和/或飛行器機(jī)體的熱量對(duì)金屬燃料進(jìn)行加熱，以使金屬燃料達(dá)到熔融狀態(tài)；

17、將熔融狀態(tài)下的金屬燃料噴注至發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)；

18、將空氣和熔融狀態(tài)下的金屬燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)混合并點(diǎn)火，以產(chǎn)生推進(jìn)力。

19、結(jié)合第三方面，本發(fā)明提供了第三方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法還包括：

20、將熔融狀態(tài)下的金屬燃料沿燃料管路引流至發(fā)動(dòng)機(jī)流道的側(cè)壁和飛行器機(jī)體，以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)流道的側(cè)壁和飛行器機(jī)體進(jìn)行散熱。

21、結(jié)合第三方面的第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明提供了第三方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法還包括：

22、使熔融狀態(tài)下的金屬燃料流向所述飛行器機(jī)體的尾部，并在所述飛行器機(jī)體的尾部氣化、噴出。

23、結(jié)合第三方面，本發(fā)明提供了第三方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法還包括：

24、利用發(fā)動(dòng)機(jī)流道和/或飛行器機(jī)體的熱量對(duì)蒸氣原料進(jìn)行加熱，并使蒸氣原料受熱所產(chǎn)生的蒸氣在飛行器機(jī)體的尾部噴出。

25、本發(fā)明實(shí)施例帶來(lái)了以下有益效果：采用導(dǎo)熱器件連接熔融金屬噴注器件，且導(dǎo)熱器件與發(fā)動(dòng)機(jī)流道和/或飛行器機(jī)體導(dǎo)熱連接，通過(guò)熔融金屬噴注器件將熔融狀態(tài)下的金屬燃料噴注至發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)流道進(jìn)氣并混合熔融狀態(tài)下的金屬燃料，通過(guò)熔融狀態(tài)下的金屬燃料燃燒以產(chǎn)生推進(jìn)力，可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)流道和飛行器機(jī)體的熱量對(duì)金屬燃料進(jìn)行加熱，一方面可以確保金屬燃料維持熔融狀態(tài)，另一方面可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)流道和飛行器機(jī)體的余熱，不僅提高了等效燃料能量和能量利用率，更適于高飛行馬赫數(shù)的能量需求，而且熔融態(tài)金屬燃料供應(yīng)結(jié)構(gòu)相較于粉末燃料供應(yīng)更加易于布置，更容易縮小發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。

26、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

技術(shù)特征：

1.一種金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述熔融金屬噴注器件(200)包括：氮?dú)飧邏汗?210)、金屬燃料存儲(chǔ)艙(220)和熔融金屬噴嘴(230)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)熱器件(300)包括連通所述金屬燃料存儲(chǔ)艙(220)和所述熔融金屬噴嘴(230)的燃料管路(310)；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述燃料管路(310)延伸至所述飛行器機(jī)體(400)的尾部，用以使所述燃料管路(310)內(nèi)的熔融金屬氣化、并在所述飛行器機(jī)體(400)的尾部噴出。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，所述金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)還包括：換熱器(500)、換熱管路(600)、蒸氣原料儲(chǔ)艙(700)、蒸氣噴管(800)和蒸氣釋放閥(900)；

6.一種飛行器，其特征在于，所述飛行器搭載有權(quán)利要求1－5任一項(xiàng)所述的金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。

7.一種金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法，其特征在于，所述金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法，其特征在于，所述金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法，其特征在于，所述金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種金屬燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行器及金屬燃料發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方法，涉及航天航空技術(shù)領(lǐng)域，采用導(dǎo)熱器件連接熔融金屬噴注器件，且導(dǎo)熱器件與發(fā)動(dòng)機(jī)流道和/或飛行器機(jī)體導(dǎo)熱連接，通過(guò)熔融金屬噴注器件將熔融狀態(tài)下的金屬燃料噴注至發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)，高焓空氣來(lái)流與熔融態(tài)金屬燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)流道內(nèi)充分摻混和燃燒從而做功產(chǎn)生推進(jìn)力。此外，利用發(fā)動(dòng)機(jī)流道和飛行器機(jī)體的熱量對(duì)金屬燃料進(jìn)行加熱，可以確保金屬燃料維持熔融狀態(tài)，還可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體及流道的高溫壁面進(jìn)行冷卻吸熱，不僅提高了等效燃料能量和能量利用率，更滿足高飛行馬赫數(shù)的工況要求，而且熔融態(tài)金屬燃料供應(yīng)結(jié)構(gòu)相較于粉末燃料供應(yīng)更加易于布置，更容易縮小發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。

技術(shù)研發(fā)人員：徐旭,王旭,楊慶春,李慶宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6