一种防止进水管路堵塞的跨介质发动机及保护方法

本发明属于跨介质航行动力系统，具体涉及一种防止进水管路堵塞的跨介质发动机及保护方法。

背景技术：

1、跨介质航行器能够在空中以超声速飞行，再通过超低空掠海下潜入水，在水中继续超高速航行，最终对目标进行快速打击。这种空水一体的跨介质工作方式，可有效增强航行器的隐蔽性、机动性和规避性，大幅提高航行器的突防能力，其动力装置是跨介质航行器发展的关键技术。跨介质冲压发动机利用富含金属燃料的固体推进剂，与冲压进入的外部空气或水燃烧，产生高温高压的燃气流，通过喷管产生推力。该发动机既能在空中也能在水中工作，是跨介质航行器的理想动力装置。所以，研究空中、水下动力装置一体化的新型跨介质动力装置，对未来跨介质航行的发展有重要意义。

2、由于跨介质动力系统拥有空中和水下两种航行模态，从空气冲压模态向水冲压模态的转化过程中，进气道的封闭以及进水通道的打开策略对于水冲压阶段的工作过程有着极为重要的影响，影响其工作性能以及安全性。除此之外，也需要在弹体出/入水过程中提供持续推力，所以必须采用既能与空气反应又能与水反应的金属推进剂才能满足动力系统的需求。

3、虽然空水冲压一体化发动机相比于传统的单介质冲压发动机和固体冲压发动机具有明显的优势，但在整个发动机的设计过程中，由于推进剂的配方中含有固体金属燃料颗粒，导致在空气冲压阶段燃气发生器内燃烧后产生的残余金属燃料颗粒进入补燃室后进入进水雾化口而将进水雾化口堵塞，进而堵塞或堵死进水管路。一方面，残余的金属燃料颗粒进入补燃室后流入进水管路，将导致推进剂不能够充分燃烧，降低燃烧效率，从而降低发动机整体比冲；另一方面，残余的金属燃料颗粒流入进水雾化口造成堵塞，而堵塞或堵死进水管路后，导致水冲压阶段发动机不能正常运行，将大大降低发动机的可靠性。因此，急需加以解决。

技术实现思路

1、针对跨介质发动机在转级过程中，空气冲压阶段燃烧产生的残余金属燃料颗粒流入进水雾化口而将进水雾化口堵塞，进而造成进水管路堵塞或堵死，从而大大降低燃烧效率以及发动机水冲压阶段可靠性的问题，本发明提供一种防止进水管路堵塞的跨介质发动机及保护方法，能够提高发动机工作时的燃烧效率和可靠性，从而极大程度地提高跨介质航行体的综合性能。

2、本发明所述防止进水管路堵塞的跨介质发动机，包括具有燃气发生器、补燃室及尾喷管并依次相连而成的发动机主体和预置氧化剂储箱，补燃室设置有进气道和喷注器，喷注器与预置氧化剂储箱间通过次进水管相连通，预置氧化剂储箱上还连接有主进水管；喷注器包括雾化环和夹住雾化环两端的第一绝热层和第二绝热层，雾化环上具有进水雾化口；雾化环内同轴贴合固定有一个三元乙丙橡胶破膜管，破膜管在空气冲压阶段将进水雾化口封闭，在空水转级阶段由从次进水管进来的氧化剂流冲破。

3、上述破膜管采用三元乙丙橡胶材料，一方面，能够避免破膜管与燃气发生器产生的燃气发生反应，从而影响发动机的燃烧稳定性，另一方面，在发动机在转级过程中，能够使从次水管进入的氧化剂流成功挤破破膜管，从而成功完成发动机的转级过程。

4、上述破膜管长度与雾化环长度相同，这样，破膜管也能够和雾化环一起由两端的第一绝热层和第二绝热层夹持而紧固，方便安装，同时在空气冲压阶段不受燃气作用而破坏。破膜管的壁厚为0.3-0.6mm，这样，既能在空气冲压阶段阻挡金属燃料颗粒而不破裂，防止进水管路堵塞或堵死而影响发动机正常工作，同时提高金属燃料颗粒的燃烧效率；又能在空水转级阶段被高压的氧化剂流冲破，而不影响发动机正常工作。

5、在破膜管的一端面设置一圈凸环，凸环与破膜管同轴且一体成型，凸环外径大于破膜管外径，内径相同。这样，在安装时，凸环可以插入雾化环的一端与一侧的第一绝热层之间进行固定，而使固定效果更好，拆装更方便。

6、凸环外径与雾化环的外径相同。这样，安装紧固时能使第一绝热层与雾化环对凸环的挤压更均匀，从而稳定性更高。

7、次进水管分为第一进水管和第二进水管，喷注器分为第一喷注器和第二喷注器，第一进水管与第一喷注器连通，第二进水管与第二喷注器连通。这样，能够提高补燃室内燃烧效率。

8、本发明还提供一种上述的防止进水管路堵塞的跨介质发动机的保护方法，包括以下步骤：

9、1）准备与雾化环配合使用的三元乙丙橡胶破膜管；

10、2）将破膜管插入雾化环内使破膜管的外周壁与雾化环的内周壁贴合；

11、3）将破膜管连同雾化环一起通过两端的第一绝热层和第二绝热层进行夹紧固定；

12、4）安装其余部件组装成发动机；

13、上述破膜管在发动机的具有如下三个阶段的工作过程中进行保护：

14、空气冲压阶段：进水管路与预置氧化剂储箱不工作，燃气发生器内燃料燃烧产生的燃气以及残余金属燃料颗粒进入补燃室内，与通过进气道进入的空气反应产生推力；金属燃料颗粒进入补燃室后，由破膜管阻挡并附着在破膜管上或被限制在补燃室内而与进水雾化口隔开，防止进水雾化口堵塞进而堵塞进水管路；

15、空水转级阶段：主进水管与进气道不工作，预置氧化剂储箱中的氧化剂通过高强度压力进入第一进水管和第二进水管，并在第一进水管和第二进水管端部的进水雾化口处挤破破膜管进入补燃室与燃气发生器产生的燃气反应产生推力；

16、水冲压阶段：进气道与预置氧化剂储箱不工作，水流经过主进水管、第一进水管和第二进水管持续进入补燃室，并在补燃室内与燃气发生器产生的燃气反应产生推力。

17、有益效果：本发明的发动机通过在雾化环内贴合固定破膜管，而能在空气冲压阶段将进水雾化口封闭，使进入到补燃室的金属燃料颗粒被限制在补燃室内或者附着在破膜管上，阻止进水雾化口堵塞而造成进水管路堵塞或堵死，从而确保发动机正常工作，提高可靠性，而且被限制在补燃室内的金属燃料颗粒能够得到充分燃烧，而提高燃烧效率；在空水转级阶段，破膜管被从次进水管进来的氧化剂流冲破，确保水流顺利进入发动机，而完成水冲压模态工作，从而极大程度地提高跨介质航行体的综合性能。

技术特征：

1.一种防止进水管路堵塞的跨介质发动机，其特征在于，包括具有燃气发生器（3）、补燃室（7）及尾喷管（10）并依次相连而成的发动机主体和预置氧化剂储箱（2），补燃室（7）设置有进气道（6）和喷注器，喷注器与预置氧化剂储箱（2）间通过次进水管相连通，预置氧化剂储箱（2）上还连接有主进水管（1）；喷注器包括雾化环（11）和夹住雾化环（11）两端的第一绝热层（14）和第二绝热层（15），雾化环（11）上具有进水雾化口（12）；雾化环（11）内同轴贴合固定有一个三元乙丙橡胶破膜管（13），破膜管（13）在空气冲压阶段将进水雾化口（12）封闭，在空水转级阶段由从次进水管进来的氧化剂流冲破。

2.根据权利要求1所述的防止进水管路堵塞的跨介质发动机，其特征在于，破膜管（13）长度与雾化环（11）长度相同，破膜管（13）的壁厚为0.3-0.6mm。

3.根据权利要求2所述的防止进水管路堵塞的跨介质发动机，其特征在于，在破膜管（13）的一端面设置一圈凸环（16），凸环（16）与破膜管（13）同轴且一体成型，凸环（16）外径大于破膜管（13）外径，内径相同。

4.根据权利要求3所述的防止进水管路堵塞的跨介质发动机，其特征在于，凸环（16）外径与雾化环（11）的外径相同。

5.根据权利要求4所述的防止进水管路堵塞的跨介质发动机，其特征在于，次进水管分为第一进水管（5）和第二进水管（9），喷注器分为第一喷注器（4）和第二喷注器（8），第一进水管（5）与第一喷注器（4）连通，第二进水管（9）与第二喷注器（8）连通。

6.权利要求1-5中任一项所述的防止进水管路堵塞的跨介质发动机的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开一种防止进水管路堵塞的跨介质发动机及保护方法，该发动机包括具有燃气发生器、补燃室及尾喷管并依次相连而成的发动机主体和预置氧化剂储箱，补燃室设置有进气道和喷注器，喷注器与预置氧化剂储箱间通过次进水管相连通，预置氧化剂储箱上还连接有主进水管；喷注器包括雾化环和夹住雾化环两端的第一绝热层和第二绝热层，雾化环上具有进水雾化口；雾化环内同轴贴合固定有一个三元乙丙橡胶破膜管，破膜管在空气冲压阶段将进水雾化口封闭，在空水转级阶段由从次进水管进来的氧化剂流冲破。本发明具有防止进水管路堵塞，确保发动机正常运行，提高补燃室内燃烧效率的优点。

技术研发人员：蔡文祥,李威,郁欣桐,陈雄
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18