[发明专利]一种空水两用跨介质轴流式涡轮发动机

说明书

本发明公开了一种空水两用跨介质轴流式涡轮发动机，在水下适用钻孔型喷嘴，在水面适用矩形斜切喷嘴，两种喷嘴入口端正对燃烧室，出口端正对叶栅，使用两种喷嘴能够使涡轮发动机适用水空环境，为跨介质航行器的起飞过程提供充足的动力需求。

技术领域

本发明属于跨介质航行器技术领域，具体涉及一种空水两用跨介质轴流式涡轮发动机。

背景技术

跨介质航行器是一种可自由在水下水面穿梭，能够实现高速水面机动和静默水下潜航的新式跨介质武器。其具有良好的快速隐蔽近敌的能力，以及重复出入水躲避敌方侦查拦截的能力。

一般的，传统水下航行器只能在水下航行，受其水下航行阻力大、平台空间小以及重量限制等原因，无法有效突破敌方防御圈，发射后容易暴露母艇位置。传统的从空中发起攻击的导弹由于敌舰艇编队具备近、中、远，低、中、高的立体空域防空体系，突防难度大。传统的利用运载火箭、滑翔机等助飞的航行器受平台限制无法水下发射，只能实现由空入水的单模式跨介质方案，导致其发射隐蔽性差、突防手段欠缺，影响其作战效能。

所述跨介质航行器需要具备在水面工况良好工作的能力，以及在水下工况良好工作的能力，需要支持其水面、水下两个工况良好工作的跨介质航行器动力系统。目前空水两用跨介质航行器动力系统主要以水上/水下两套动力系统为主，其实现方式为：一靠热动力系统驱动，具有燃料消耗率高，体积占比大等缺点；二靠电动力驱动，具有做工能力弱，航行速度低等缺点。且双动力系统跨介质航行器在由水下起飞进入水面的跨介质模式中存在水上动力系统进气压力不足导致起飞失败的缺点；在由水面降落进入水下的跨介质模式中存在水下动力系统重新点火困难的缺点。

因此，空水两用跨介质航行器的实现需要一套支持其在水面工况、水下工况都良好工作，且能够在两种跨介质模式即水下起飞进入水面跨介质模式、和水面降落进入水下跨介质模式自由切换，且不影响其工作效率的新型空水两用跨介质动力装置，其特点为拥有两套燃烧室和一个发动机装置，其中的难点重点在于如何实现两套燃烧室和发动机装置之间的燃气输送，以及跨介质时如何为航行器的起飞过程提供充足的动力。

发明内容

本发明的目的是提供一种空水两用跨介质轴流式涡轮发动机，使用钻孔型喷嘴、矩形斜切喷嘴，形成空水两用的涡轮动力系统。

本发明所采用的技术方案是，一种空水两用跨介质轴流式涡轮发动机，包括连接涡轮机燃烧室的壳体，壳体中部穿接轴，轴上连接轮盘，轮盘边缘连接涡轮叶栅，壳体上开设喷嘴，喷嘴入口端正对燃烧室，出口端正对涡轮叶栅，喷嘴包括多个采用部分进气安装模式的钻孔形斜切喷嘴和多个采用全周进气安装模式的矩形斜切喷嘴，钻孔形斜切喷嘴与矩形斜切喷嘴在同一圆周上，且钻孔形斜切喷嘴与矩形斜切喷嘴之间在圆周上的等角度排布。

本发明的特点还在于：

钻孔形斜切喷嘴具体构成为：包括在壳体上由外向涡轮叶栅方向开设的收缩段a、喉部a、扩张段a，收缩段a、喉部a、扩张段a中心轴线重合，喉部a为圆角，用于过度连接收缩段a、扩张段a，收缩段a截面线型采用苏联维氏线型。

苏联维氏线型公式为：

式中，x表示喷嘴轴向坐标；r表示喷嘴在x处对应的截面半径，d_cr表示喉部a直径，r₁表示喉部a圆角半径，l₁表示收缩段a长度。

喉部a的设计参数表达式为：

喷嘴喉部a直径为：

式中，m为工质质量流量，B_cr为喷管临界压比，T₀为工质在喷管进口的滞止温度，P₀位工质在喷管进口的滞止压强，R_g为工质气体常数，C_cr为喷管喉部临界速度；