专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种二次混合室隐藏式多级动力水下推进器及控制方法，包括低速段发动机、加速段发动机以及高速段发动机，三种发动机结构上相互贯通，启动后顺序工作，空间布置合理，实现了最小空间内多级推进器的最优化设计；针对不同作战方针，将水冲压高金属含量推进剂发动机与传统药柱发动机相结合，并辅以涡轮动力输出装置，通过合理设计装药方式、调整装药量和冲压入水量满足不同航行速度下系统对推进动力的需求，突破了传统水下航行器单一航速的限制，可在同一航程中实现常规低速巡航和七倍于常规速度的高速打击两种典型运动状态。

权利要求

1.一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器，其特征在于，包括低速段发动机，加速段发动机与高速段发动机；

所述高速段发动机包括高速段入水缓冲室(1)、高速段一次注水管路(2)、第一水冲压金属燃料(3)、高速段二次注水管路(4)、高速段燃烧室(20)、高速段喷管(5)和高速段二次混合燃烧室(23)；

所述加速段发动机主要包括固体推进剂(6)、加速段燃烧室(21)和加速段喷管(7)；

所述低速段发动机主要包括外部入水口(8)、低速段挡板(9)、低速段入水缓冲室(10)、水泵(11)、低速段一次注水管路(12)、低速段二次注水管路(13)、涡轮(16)、变速器(17)、螺旋桨(18)、第二水冲压金属燃料(19)以及低速段燃烧室(22)；

所述高速段燃烧室(20)的一端封闭，外部端面上连接高速段入水缓冲室(1)；另一端开口，并依次连接有高速段二次混合燃烧室(23)和高速段喷管(5)；第一水冲压金属燃料(3)靠近高速段入水缓冲室(1)一侧浇铸于高速段燃烧室(20)内；高速段一次注水管路(2)与高速段二次注水管路(4)各有若干支，半包覆于高速段燃烧室(20)外表面；高速段一次注水管路(2)与高速段二次注水管路(4)的一端均联通高速段入水缓冲室(1)，高速段一次注水管路(2)的另一端伸入到高速段燃烧室(20)的内部空腔中，高速段二次注水管路(4)的另一端伸入到高速段二次混合燃烧室(23)中；

所述加速段发动机的加速段燃烧室(21)均为小型燃烧室，数量为偶数个，环形均布于高速段二次混合燃烧室(23)外侧；高金属含量固体推进剂(6)采用空心柱状的形式浇铸于各个加速段燃烧室(21)内，并在固体推进剂(6)中埋置金属丝；每一个加速段燃烧室(21)均连接一个加速段喷管(7)；

所述低速段发动机与加速段发动机通过低速段挡板(9)相间隔；低速段挡板(9)为环形，与各加速段燃烧室(21)的加速段喷管(7)通过爆炸螺栓连接，对各个加速段喷管(7)进行封盖；

低速段燃烧室(22)包括混燃室腔体以及从混燃室腔体的一端端部边缘延伸出多个与其联通的装药管，装药管由第二水冲压金属燃料(19)进行填装；所有装药管环绕一圈，中间形成一个空腔；环外径与加速段燃烧室(21)所成外径相同；装药管的尾端与低速段挡板(9)焊接；装药管形成的空腔内容纳高速段喷管(5)、低速段入水缓冲室(10)、水泵(11)、低速段一次注水管路(12)以及低速段二次注水管路(13)；每个装药管至少配置一个低速段一次注水管路(12)，低速段一次注水管路(12)沿装药管的外表面设置；低速段燃烧室(22)的混燃室腔体另一端通过管路连接涡轮(16)，涡轮(16)通过变速器(17)连接螺旋桨(18)；

低速段入水缓冲室(10)又分成两个小缓冲室，设置有外部入水口(8)；第一小缓冲室连接水泵(11)的入水口，水泵(11)的出水口联通第二小缓冲室；低速段一次注水管路(12)一端与第二小缓冲室联通，另一端接通到低速段燃烧室(22)的装药管内；低速段二次注水管路(13)一端与第二小缓冲室联通，另一端联通至低速段燃烧室(22)的混燃室腔体，接口位于低速段燃烧室(22)中轴处。

2.如权利要求1所述的一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器，其特征在于，低速段一次注水管路(12)通过两个以上的接口联通到装药管不同长度处。

3.如权利要求1所述的一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器，其特征在于，速段发动机、加速段发动机与高速段发动机分别与航行器壳体相连接。

4.如权利要求1所述的一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器，其特征在于，所述高速段二次混合燃烧室(23)与高速段喷管(5)通过螺纹连接。

5.如权利要求1所述的一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器，其特征在于，高速段一次注水管路(2)与高速段二次注水管路(4)间隔布置在高速段燃烧室(20)的外表面上。

6.如权利要求1所述的一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器，其特征在于，水泵(11)的动力由电池(14)提供。

7.如权利要求1所述的一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器，其特征在于，水泵(11)对第二小缓冲室的供水量由流量阀(15)控制。

8.一种权利要求1所述的二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)启动低速段发动机：启动各装药管内的点火装置以点燃其对应的第二水冲压金属燃料(19)；燃料燃烧到设定温度后，启动水泵(11)，将外界环境中的水引入低速段入水缓冲室(10)，开启低速段一次注水管路(12)，促进其与第二水冲压金属燃料(19)发生反应；随后开启低速段二次注水管路(13)，令环境入水与第二水冲压金属燃料(19)燃烧所产生的燃气发生二次掺混；燃气通过涡轮(16)和变速器(17)输送至螺旋桨(18)，推动螺旋桨旋转，输出推动力；

(2)低速段第二水冲压金属燃料(19)全部燃尽后，启动连接低速段挡板(9)与加速段喷管(7)的爆炸螺栓装置，抛弃低速段发动机，启动加速段发动机；

(3)加速段发动机工作后，启动采用高金属含量固体推进剂(6)内的点火装置，点燃推进剂，促进其燃烧，燃烧产生的燃气通过加速段喷管(7)向外排出，产生推动力；

(4)加速段高金属含量固体推进剂(6)燃尽后，启动高速段发动机；

(5)高速段发动机工作后，启动第一水冲压金属燃料(3)内的点火装置将其点燃，燃气达到设定温度后，开启高速段入水缓冲室(1)的入水口，引入外界环境中的水，启动一次注水管路(2)，使之与第一水冲压金属燃料(3)在高速段燃烧室(20)内发生反应，实现水冲压燃烧，释放热量；随后开启二次注水管路(4)，令环境入水与第一水冲压金属燃料(3)燃烧产生的燃气在高速段二次混合燃烧室(23)内进行二次掺混；燃气通过高速段喷管(5)向外排出，产生推动力；高速段第一水冲压金属燃料(3)全部燃尽后，推进器全部工作结束。

9.如权利要求8所述的一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器的控制方法，其特征在于，低速发动机启动后，采用对称方式顺次启动各装药管中的点火装置以点燃其内部的第二水冲压金属燃料(19)。

说明书

技术领域

本发明属于水下航行器动力技术领域，具体涉及一种二次混合室隐藏式多级动力水下推进器及控制方法。

背景技术

目前，各国海军纷纷围绕海洋权益保护，瞄准新的作战需求，积极开展新型装备研制，陆续在水面舰艇、潜艇装备以及新概念新技术等方面取得重大进展。当前形势下，水下高效攻击性武器在现代战场中的作用显得愈加重要。水下武器的杀伤原理是折断对方的龙骨，隐蔽性强，拥有较好的突防效果和较高的命中率；可以增强战术的多样化，提高攻击效果。但在水下作战平台建设上，各国普遍受到动力系统效率低下这一问题的困扰，能源与动力系统是当前航行器在军事应用方面受限的一个主要技术难点。突破新能源开发与利用，提高武器的续航能力，使航行体向高兼容性和模块化方向发展是当前的重要任务。

在各种可利用的能源中，金属燃料所具有的高热值能量受到各国的重视，尤其部分金属燃烧过程所需要的氧化剂可以由工作环境中引入的水介质充当，其可行性和方便性已经得到证明，并在已有武器型号中得到利用，值得深入挖掘其具备的潜力。但在已有的航行器动力系统中，航速单一，难以实现航速转换，缺乏作战需要的灵活性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种二次混合室隐藏式多级动力水下推进器及控制方法，可满足不同航行速度下系统对推进动力的需求，同时推进器具有结构紧凑化，重量轻型化的特点，最终可实现灵活作战。

一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器，包括低速段发动机，加速段发动机与高速段发动机；

所述高速段发动机包括高速段入水缓冲室(1)、高速段一次注水管路(2)、水冲压金属燃料(3)、高速段二次注水管路(4)、高速段燃烧室(20)、高速段喷管(5)和高速段二次混合燃烧室(23)；

所述加速段发动机主要包括固体推进剂(6)、加速段燃烧室(21)和加速段喷管(7)；

所述低速段发动机主要包括低速段入水口(8)、低速段挡板(9)、低速段入水缓冲室(10)、水泵(11)、低速段一次注水管路(12)、低速段二次注水管路(13)、涡轮(16)、变速器(17)、螺旋桨(18)、水冲压金属燃料(19)以及低速段燃烧室(22)；

所述高速段燃烧室(20)的一端封闭，外部端面上连接高速段入水缓冲室(1)；另一端开口，并依次连接有高速段二次混合燃烧室(23)和高速段喷管(5)；水冲压金属燃料(3)靠近高速段入水缓冲室(1)一侧浇铸于高速段燃烧室(20)内；高速段一次注水管路(2)与高速段二次注水管路(4)各有若干支，半包覆于高速段燃烧室(20)外表面；高速段一次注水管路(2)与高速段二次注水管路(4)的一端均联通高速段入水缓冲室(1)，高速段一次注水管路(2)的另一端伸入到高速段燃烧室(20)的内部空腔中，高速段二次注水管路(4)的另一端伸入到高速段二次混合燃烧室(23)中；

所述加速段发动机的加速段燃烧室(21)均为小型燃烧室，数量为偶数个，环形均布于高速段二次混合燃烧室(23)外侧；高金属含量固体推进剂(6)采用空心柱状的形式浇铸于各个加速段燃烧室(21)内，并在固体推进剂(6)中埋置金属丝；每一个加速段燃烧室(21)均连接一个加速段喷管(7)；

所述低速段发动机与加速段发动机通过低速段挡板(9)相间隔；低速段挡板(9)为环形，与各加速段燃烧室(21)的加速段喷管(7)通过爆炸螺栓连接，对各个加速段喷管(7)进行封盖；

低速段燃烧室(22)包括混燃室腔体以及从混燃室腔体的一端端部边缘延伸出多个与其联通的装药管，装药管由水冲压金属燃料(19)进行填装；所有装药管环绕一圈，中间形成一个空腔；环外径与加速段燃烧室(21)所成外径相同；装药管的尾端与低速段挡板(9)焊接；装药管形成的空腔内容纳高速段喷管(5)、低速段入水缓冲室(10)、水泵(11)、低速段一次注水管路(12)以及低速段二次注水管路(13)；每个装药管至少配置一个低速段一次注水管路(12)，低速段一次注水管路(12)沿装药管的外表面设置；低速段燃烧室(22)的混燃室腔体另一端通过管路连接涡轮(16)，涡轮(16)通过变速器(17)连接螺旋桨(18)；

低速段入水缓冲室(10)又分成两个小缓冲室，设置有外部入水口(8)；第一小缓冲室连接水泵(11)的入水口，水泵(11)的出水口联通第二小缓冲室；低速段一次注水管路(12)一端与第二小缓冲室联通，另一端接通到低速段燃烧室(22)的装药管内；低速段二次注水管路(13)一端与第二小缓冲室联通，另一端联通至低速段燃烧室(22)的混燃室腔体，接口位于低速段燃烧室(22)中轴处。

较佳的，低速段一次注水管路(13)通过两个以上的接口联通到装药管不同长度处。

较佳的，速段发动机、加速段发动机与高速段发动机分别与航行器壳体相连接。

较佳的，所述高速段二次混合燃烧室(23)与高速段喷管(5)通过螺纹连接。

较佳的，高速段一次注水管路(2)与高速段二次注水管路(4)间隔布置在高速段燃烧室(20)的外表面上。

较佳的，水泵(11)的动力由电池(14)提供。

较佳的，水泵(11)对第二小缓冲室的供水量由流量阀(15)控制。

一种二次混合室隐藏式多级动力水下高速航行器的控制方法，包括如下步骤：

(1)启动低速段发动机：启动各装药管内的点火装置以点燃其对应的水冲压金属燃料(19)；燃料燃烧到设定温度后，启动水泵(11)，将外界环境中的水引入低速段入水缓冲室(10)，开启低速段一次注水管路(12)，促进其与水冲压金属燃料(19)发生反应；随后开启低速段二次注水管路(13)，令环境入水与水冲压金属燃料(19)燃烧所产生的燃气发生二次掺混；燃气通过涡轮(16)和变速器(17)输送至螺旋桨(18)，推动螺旋桨旋转，输出推动力；

(2)低速段水冲压金属燃料(19)全部燃尽后，启动连接低速段挡板(9)与加速段喷管(7)的爆炸螺栓装置，抛弃低速段发动机，启动加速段发动机；

(3)加速段发动机工作后，启动采用高金属含量固体推进剂(6)内的点火装置，点燃推进剂，促进其燃烧，燃烧产生的燃气通过加速段喷管(7)向外排出，产生推动力；

(4)加速段高金属含量固体推进剂(6)燃尽后，启动高速段发动机；

(5)高速段发动机工作后，启动水冲压金属燃料(3)内的点火装置将其点燃，燃气达到设定温度后，开启高速段入水缓冲室(1)的入水口，引入外界环境中的水，启动一次注水管路(2)，使之与水冲压金属燃料(3)在高速段燃烧室(20)内发生反应，实现水冲压燃烧，释放热量；随后开启二次注水管路(4)，令环境入水与水冲压金属燃料(3)燃烧产生的燃气在高速段二次混合燃烧室(23)内进行二次掺混；燃气通过高速段喷管(5)向外排出，产生推动力；高速段水冲压金属燃料(3)全部燃尽后，推进器全部工作结束。

较佳的，低速发动机启动后，采用对称方式顺次启动各装药管中的点火装置以点燃其内部的水冲压金属燃料(19)。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供的二次混合室隐藏式多级动力水下推进器及控制方法，针对不同作战方针，将水冲压高金属含量推进剂发动机与传统药柱发动机相结合，并辅以涡轮动力输出装置，通过合理设计装药方式、调整装药量和冲压入水量满足不同航行速度下系统对推进动力的需求，突破了传统水下航行器单一航速的限制，可在同一航程中实现常规低速巡航和七倍于常规速度的高速打击两种典型运动状态。

本发明提供的多级动力水下高速推进器可快速完成低速与高速两种航速的高效切换，并在切换过程中保证航行的稳定性。

在航行体低速工作阶段，本发明采用水冲压金属燃料推进剂与涡轮螺桨输出装置相结合的新型动力推进形式，可以充分利用固体推进剂燃烧生成的高温燃气，极大地提高了系统整体做功效率。

低速段发动机工作结束后，通过爆炸螺栓等装置将低速段工作机构抛出，同时启动加速段发动机工作。加速段工作结束后，启动高速段发动机工作。

在航行体高速工作阶段，本发明采用水冲压金属燃料推进剂，利用航行体自身高速运动形成的高压引入环境水，实现自主水冲压燃烧。燃烧产生的混合燃气通过拉法尔喷管采用直喷形式排出燃烧室，产生强大推力，可实现对目标的快速打击。

本发明提供的水下高速推进器中所涉及的三种发动机结构上相互贯通，启动后顺序工作，空间布置合理，实现了最小空间内多级推进器的最优化设计，可完成复杂条件下的多任务作战工作，可极大提高水下武器系统的战斗性能。

附图说明

图1是二次混合室隐藏式多级动力水下推进器轴视图。

图2是二次混合室隐藏式多级动力水下推进器俯视图。

图3是二次混合室隐藏式多级动力水下推进器剖视图。

图4是低速段燃烧室内药柱分布图。

图5是加速段燃烧室内药柱分布图。

图6是低速段发动机轴视图。

图7是加速段发动机轴视图。

图8是高速段发动机轴视图。

其中，1-高速段入水缓冲室，2-高速段一次注水管路，3-水冲压金属燃料，4-高速段二次注水管路，5-高速段喷管，6-固体推进剂，7-加速段喷管，8-外部入水口，9-低速段挡板，10-低速段入水缓冲室，11-水泵，12-低速段一次注水管路，13-低速段二次注水管路，14-电池，15-流量阀，16-涡轮，17-变速器，18-螺旋桨，19-小型水冲压金属燃料，20-高速段燃烧室，21-加速段燃烧室，22-低速段燃烧室，23-高速段二次混合燃烧室。

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。

如图1-3所示，本发明的多级动力水下高速推进器主要包括高速段发动机、加速段发动机和低速段发动机三部分。

高速段发动机主要包括高速段入水缓冲室1、高速段一次注水管路2、水冲压金属燃料3、高速段二次注水管路4、高速段燃烧室20、高速段喷管5和高速段二次混合燃烧室23；加速段发动机主要包括高金属含量固体推进剂6、加速段燃烧室21和加速段喷管7；低速段发动机主要包括外部入水口8、低速段挡板9、低速段入水缓冲室10、特种水泵11、低速段一次注水管路12、低速段二次注水管路13、电池14、流量阀15、涡轮16、变速器17、螺旋桨18、小型水冲压金属燃料19和低速段燃烧室22。

如图8所示，高速段燃烧室20的一端封闭，外部端面上连接高速段入水缓冲室1；另一端依次连接有高速段二次混合燃烧室23和高速段喷管5；水冲压金属燃料3靠近高速段入水缓冲室1一侧浇铸于高速段燃烧室20内；高速段一次注水管路2与高速段二次注水管路4各有若干支，二者间隔布置，半包覆于高速段燃烧室20外表面；高速段一次注水管路2与高速段二次注水管路4的一端联通高速段入水缓冲室1，高速段一次注水管路2的另一端伸入到高速段燃烧室20的内部空腔中，高速段二次注水管路4的另一端伸入到高速段二次混合燃烧室23中。

如图5和7所示，加速段发动机的加速段燃烧室21由偶数支小型管状药柱组成，各药柱排列呈环形，均布于高速段二次混合室23外侧，相当于高速段二次混合室23隐藏在加速段燃烧室21中部，因此可以节省空间，缩小整个系统的尺寸。加速段燃烧室21形成的环形结构外径与高速段燃烧室20的直径相当。固体推进剂6采用空心柱状的形式浇铸于各个加速段燃烧室21内，并在固体推进剂6中埋置金属丝提高其推力；每一个加速段燃烧室21均通过螺纹连接一个加速段喷管7。

如图4和6所示，低速段发动机与加速段发动机通过低速段挡板9相间隔。低速段挡板9为环形，与各加速段发动机的加速段喷管7通过爆炸螺栓连接，对各个加速段喷管7进行封盖。

低速段燃烧室22包括混燃室腔体以及从混燃室腔体的一端端部边缘延伸出若干偶数个与其联通的装药管，装药管由水冲压金属燃料19进行填装；所有装药管环绕一圈，中间形成一个空腔；环外径与加速段燃烧室21所成外径相同，由此从外形上形成一个流线型整体；装药管的尾端与低速段挡板9焊接；装药管形成的空腔内容纳高速段喷管5、低速段入水缓冲室10、水泵11、低速段一次注水管路12、低速段二次注水管路13、电池14以及流量阀15；每个装药管至少配置一个低速段一次注水管路12，低速段一次注水管路12沿装药管的外表面设置；可节省结构的安装空间，减小整个推进器的尺寸。低速段燃烧室22的混燃室腔体另一端通过管路连接涡轮16；涡轮16通过变速器17连接螺旋桨18。

低速段入水缓冲室11又分成两个小缓冲室，设置有外部入水口8；第一小缓冲室连接水泵11的入水口，水泵11的出水口联通第二小缓冲室；低速段一次注水管路12一端与第二小缓冲室联通，另一端接通到低速段燃烧室22的装药管内；低速段二次注水管路13一端与第二小缓冲室联通，另一端联通至低速段燃烧室22的混燃室腔体，接口位于燃烧室22中轴处。

本发明装置的工作原理为：

二次混合室隐藏式多级动力水下推进器在接到航行器的启动指令后，顺序启动低速段发动机、加速段发动机以及高速段发动机，推进航行器由低速巡航状态转为高速打击状态，直到燃料燃尽完成全部工作。

在低速段发动机中，利用涡轮螺桨装置提高燃气的做功效率，提升整体功率；在加速段中，通过对装药形式和推进剂成份的合理设计，保证航行体在加速过程中的稳定性；高速段中采用水冲压金属燃料提高其航速。

本发明二次混合室隐藏式多级动力水下推进器的操作方法，步骤如下：

(1)启动低速段发动机。低速段燃烧室22由若干偶数个小型装药管及共用的混燃室腔体组成，每个装药管内填装小型水冲压金属燃料19，并设置点火装置。系统启动后，采用对称方式顺次启动各装药管内的点火装置以点燃其对应的水冲压金属燃料19。燃料燃烧到一定温度后，启动特种水泵11，由外部入水口8将外界环境中的水引入低速段入水缓冲室10，开启低速段一次注水管路12，促进其与水冲压金属燃料19发生反应，实现水冲压燃烧，释放热量。随后开启低速段二次注水管路13，令环境入水与水冲压金属燃料19燃烧所产生的燃气发生二次掺混，以增加总燃气量，提高系统做功能力。通过流量阀15监测系统总入水量。全部燃气通过涡轮16和变速器17输送至螺旋桨18，推动螺旋桨旋转，输出推动力。

(2)低速段水冲压金属燃料19全部燃尽后，启动连接低速挡板9与加速段喷管7的爆炸螺栓装置，抛弃低速段发动机装置，启动加速段发动机。

(3)加速段发动机工作后，启动采用高金属含量固体推进剂6内的点火装置，点燃推进剂，促进其燃烧，燃烧产生的燃气通过加速段喷管7向外排出，产生推动力。

(4)加速段高金属含量固体推进剂6燃尽后，启动高速段发动机。

(5)高速段发动机工作后，启动水冲压金属燃料3内的点火装置将其点燃，燃气达到一定温度后，开启高速段入水缓冲室1的入水口，引入外界环境中的水，启动一次注水管路2，使之与水冲压金属燃料3在高速段燃烧室20内发生反应，实现水冲压燃烧，释放热量。随后开启二次注水管路4，令环境入水与水冲压金属燃料3燃烧产生的燃气在高速段二次混合室23内进行二次掺混，增加燃气总量，提高做功能力。全部燃气通过高速段喷管5向外排出，产生推动力，维持航行器高速运动。高速段水冲压金属燃料3全部燃尽后，推进器全部工作结束。

综上所述，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。

一种二次混合室隐藏式多级动力水下推进器及控制方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。