旋流式水沖壓發動機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明公開了一種新型魚雷水沖壓發動機，屬于燃料供應系統和穩燃技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前，我國與某些國家在島蝸歸屬、海岸劃界等問題上存在嚴重分歧。因此高效、 先進的作戰武器魚雷的研制迫在眉睫。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是解決傳統水沖壓發動機燃料供應性能差，穩燃效果不好的問題， 并提供一種新型的帶有燃料供應系統和穩燃裝置的旋流式水沖壓發動機。包括儀粉存儲 罐、攬拌棒、累、燃燒室進口結構、燃燒室和噴管，所述燃燒室進口結構上設置有噴嘴、燃料 進口、中屯、軸和旋流葉片。
[0004] 所述的儀粉存儲罐、累和燃燒室分別固定在魚雷本體上，攬拌棒位于儀粉存儲罐 內部；燃燒室的一端設置有燃燒室進口結構，相對的另一端設置有噴管。
[0005] 所述的燃燒室進口結構與燃燒室為一體加工結構，包括燃料進口、噴嘴、中屯、軸和 旋流葉片，燃料進口為圓形結構，燃料進口圓周外側周向均勻布置八個噴嘴，圓周內側周向 均勻分布八個旋流葉片，旋流葉片的一端固定在中屯、軸上，另一端與燃料進口的內側壁連 接固定，進入燃燒室的燃料先經過旋流葉片后，與噴嘴進入的水形成穩定的回流區，實現穩 燃的目的。
[0006] 所述的中屯、軸位于燃料進口的圓屯、位置，并固定在燃燒室上。
[0007] 在燃料入口處設置旋流葉片，進入燃燒室的燃料經過旋流葉片后能與水能形成穩 定的回流區，實現穩燃的目的。
[0008] 本發明的優點在于：
[0009] (1)將儀粉存儲在液態煤油中并將其攬拌均勻，使儀粉燃料均勻的進入燃燒室；
[0010] (2)通過控制累，實現儀粉燃料速度和流量的可調性；
[0011] (3)燃料入口處的旋流葉片能使煤油和儀粉形成旋流流動，旋流流動形成的是流 向滿和展向滿的疊加運動，相對于其他穩燃方式單一的展向滿具有更好的穩燃效果。因 此，添加旋流裝置能提高儀粉燃燒效率，從而提高航速，增大航程。
[0012] (4)本發明提供的旋流式水沖壓發動機實現了提高魚雷航行速度、增大魚雷航程 的目的。結果表明，該魚雷的航速可達60垃1，航程可達7虹1。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發明的旋流式水沖壓發動機整體結構示意圖；
[0014] 圖2是本發明的旋流式水沖壓發動機的燃料進口結構示意圖；
[0015] 圖3A和圖3B分別是旋流葉片角度為0°和60°時的切向流線圖；
[0016] 圖4A和圖4B分別是旋流葉片角度為0°和60°時的軸向流線圖；。
[0017]圖中：
[001引1-儀粉存儲罐； 2-攬拌棒； 3-累；
[0019] 4-燃燒室進口結構； 5-燃燒室； 6-噴管；
[0020] 7-噴嘴； 8-燃料進口； 9-中屯、軸；
[0021] 10-旋流葉片。
【具體實施方式】
[0022] 下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0023] 本發明是一種新型的旋流式水沖壓發動機，如圖1和圖2所示，所述的儀粉存儲罐 1、累3和燃燒室5分別固定在魚雷本體上，攬拌棒2置于儀粉存儲罐1中，粉末狀儀粉燃料 和液態煤油儲存在儀粉存儲罐1中，并將其攬拌均勻，作為燃料；累3與儀粉存儲罐1之間 通過管路連接，累3的出口管路對準燃燒室5上的燃燒室進口結構4上的燃料進口 8,儀粉 存儲罐1中的燃料通過累3進入燃燒室5,燃料速度通過累3進行調節。所述的燃燒室進口 結構4與燃燒室5為一體加工結構，包括燃料進口 8、噴嘴7、中屯、軸9和旋流葉片10,燃料 進口 8為圓形結構，燃料進口 8圓周外側周向均勻布置八個噴嘴7,圓周內側周向均勻分布 八個旋流葉片10,旋流葉片10的一端固定在中屯、軸9上，另一端與燃料進口 8的內側壁連 接固定，進入燃燒室5的燃料先經過旋流葉片10后，與噴嘴7進入的水形成穩定的回流區， 實現穩燃的目的。
[0024] 所述的中屯、軸9位于燃料進口 8的圓屯、位置，并固定在燃燒室5上。
[00巧]工作原理與過程：
[0026] 所述的旋流式水沖壓發動機在工作時，儀粉存儲罐1內的儀粉和液態的煤油經攬 拌棒2攬拌均勻后作為燃料通過累3進入燃料進口 8,流經旋流葉片10后形成旋流流動，產 生流向滿與展向滿的疊加運動，同時，水從噴嘴7進入燃燒室5,燃料與水滲混并穩定燃燒， 燃燒生成氧化儀和氨氣并放出大量的熱，最終生成物W高速氣流的形式從燃燒室5尾部的 噴管6噴出。
[0027]由于本發明的旋流式水沖壓發動機是由液態的煤油存儲儀粉并用攬拌棒將儀粉 攬拌均勻，因此可W保證儀粉均勻的流入燃燒室。在燃燒室進口處設置的旋流葉片是很好 的穩燃裝置，可W實現儀粉燃料和水的穩定燃燒，儀粉的燃貶率可達98. 3%。燃燒反應同時 放出大量的熱，之后熱能轉化成動能推動魚雷航行。
[0028] 本發明的燃燒室內氧化劑全部由航行時魚雷外部的水提供，儀粉存儲罐和累的占 有體積也較小，因此具有節省空間和重量的優點。魚雷水沖壓發動機添加的儀粉存儲罐、累 和旋流葉片都是常見工件，易于加工。
[0029] 為驗證添加旋流葉片可W由流向滿引發展向滿，本發明用數值模擬的方法計算了 發動機內流動與燃燒情況。使用UG軟件建立幾何結構，發動機總長756mm。采用ICEM商 用軟件，在=維直角坐標系下劃分網格。網格數為63萬，采用Fluent軟件進行計算。燃燒 室內為可壓縮流動，因此選擇基于密度隱式求解器，連續方程、動量方程和能量方程禪合求 解。選擇Simple算法，先計算一階迎風格式，計算收斂后計算二階迎風格式提高解的精度。 選擇標準k-e雙方程模型作為端流模型，燃燒選擇有限速率/滿耗散模型。儀粉進口速度 15m/s，水進口速度20m/s。計算了旋流葉片角度a=0°和a= 60°兩個算例，兩個算例 中除了旋流角度有區別之外其他條件全部一致。計算收斂后，切向流線圖（距離燃燒室進 口 0.3米處）如圖3A和圖3B所示，軸向流線圖如圖4A和圖4B所示。
[0030] 由圖3A和圖3B可W看出，添加60°的旋流葉片時氣流在旋流葉片的導向作用下 產生切向速度形成了流向滿，而不添加旋流葉片（即旋流葉片角度為零）時則沒有流向滿。 從圖4A和圖4B可得，兩個算例均存在在進口處由突擴產生的展向滿，而添加60°的旋流葉 片時還可W在中屯、軸處產生展向滿。中屯、軸處的展向滿是由60°的旋流葉片產生的流向滿 引發的，因此添加旋流葉片可W產生流向滿和展向滿的疊加運動，具有更好的滲混和穩燃 效果。
[0031] 連施例:
[0032] 采用旋流式水沖壓發動機進行實驗研究，旋流葉片角度為60°，水的來流速度分 別取20m/s、40m/s、80m/s，儀粉的入口速度分別取15m/s、30m/s、60m/s。測量旋流式沖壓發 動機的出口流速并計算比沖，得到實驗結果如下表：
[003引表1實驗結果
[0035] 由表1可見，本發明的旋流式水沖壓發動機在入口水速80m/s，儀粉流入速度60m/ S時的燃貶率為98. 3%，燃氣出口速度為697m/s，比沖5019N?s/kg，在現代海軍作戰中具 有強有力的優勢。
[0036] 本發明中，燃料氣流在旋流葉片的導向作用下產生切向速度形成流向滿，并由流 向滿引發展向滿，形成流向滿和展向滿的疊加作用。實現了提高魚雷航行速度、增大魚雷航 程的目的。結果表明，該魚雷的航速可達60垃1，航程可達7虹1。
【主權項】
1. 旋流式水沖壓發動機，其特征在于：包括鎂粉存儲罐、攪拌棒、栗、燃燒室進口結構、 燃燒室和噴管，所述燃燒室進口結構上設置有噴嘴、燃料進口、中心軸和旋流葉片； 所述的鎂粉存儲罐、栗和燃燒室分別固定在魚雷本體上，攪拌棒位于鎂粉存儲罐內部； 燃燒室的一端設置有燃燒室進口結構，相對的另一端設置有噴管； 所述的燃燒室進口結構與燃燒室為一體加工結構，包括燃料進口、噴嘴、中心軸和旋流 葉片，燃料進口為圓形結構，燃料進口圓周外側周向均勻布置噴嘴，圓周內側周向均勻分布 旋流葉片，旋流葉片的一端固定在中心軸上，另一端與燃料進口的內側壁連接固定。2. 根據權利要求1所述的旋流式水沖壓發動機，其特征在于：所述的中心軸位于燃料 進口的圓心位置，并固定在燃燒室上。3. 根據權利要求1所述的旋流式水沖壓發動機，其特征在于：燃料氣流在旋流葉片的 導向作用下產生切向速度形成流向渦，并由流向渦引發展向渦，形成流向渦和展向渦的疊 加作用。
【專利摘要】本發明公開了一種旋流式水沖壓發動機，屬于燃料供應系統和穩燃技術領域。所述發動機包括鎂粉存儲罐、攪拌棒、泵、燃燒室進口結構、燃燒室和噴管，所述燃燒室進口結構上設置有噴嘴、燃料進口、中心軸和旋流葉片。所述的鎂粉存儲罐、泵和燃燒室分別固定在魚雷本體上，攪拌棒位于鎂粉存儲罐內部；燃燒室的一端設置有燃燒室進口結構，相對的另一端設置有噴管。本發明實現鎂粉燃料速度和流量的可調性；添加旋流裝置能提高鎂粉燃燒效率，從而提高航速，增大航程。本發明實現了提高魚雷航行速度、增大魚雷航程的目的。
【IPC分類】F02K7/00, F02C3/26
【公開號】CN105370439
【申請號】CN201510868154
【發明人】劉立靜, 李志強
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月1日