噴氣發動機的蒸汽助推裝置及方法
2023-07-17 22:36:41 1
專利名稱：噴氣發動機的蒸汽助推裝置及方法
技術領域：
本發明屬於噴氣發動機領域，特別適用於現代飛機和火箭發動機。
背景技術：
目前，已有的衝壓式噴氣發動機、脈動式噴氣發動機、渦輪噴氣發動機、渦輪風扇發動機、渦輪軸發動機等均已廣泛應用於各種飛機、火箭及飛彈。這些噴氣發動機的工作原理是經過壓縮的空氣與燃料的混合物在燃燒室燃燒後產生高溫、高壓燃氣，在發動機的尾附加噴管中膨脹，以高速噴出，從而產生反作用推力推動飛機前進。
但經濟性差(耗油率高)是噴氣發動機的致命弱點，由尾附加噴管噴射出的燃氣溫度非常高、速度非常大，使發動機排出體外的能量非常大，浪費了大量的能源。
發明內容
本發明的目的是提供一種噴氣發動機的蒸汽助推裝置及方法，利用噴氣發動機排出尾氣餘熱將水加熱成蒸汽，由迅速膨脹的蒸汽再推動發動機，增大發動機的推力。
本發明涉及的一種噴氣發動機的蒸汽助推裝置，包括附加噴管2、環形水管3、水箱4、高壓水泵5、流量控制閥6、總水管7和外殼8，其特徵在於附加噴管2內孔直徑與噴氣發動機尾噴管1內徑相等，整個裝置的長度為附加噴管內孔直徑的0.7～3倍；總水管7位於附加噴管2底部，與環形水管3相連通，兩相鄰環形水管3的相隔距離為5～70mm；環形水管3與附加噴管2無縫連接，接觸的圓周線上每相隔5～50mm鑽一個直徑為0.5～3mm的噴水孔，使環形水管3與附加噴管2內部相連通；蒸汽助推裝置外表面套有外殼9；根據發動機的工況，通過流量控制閥6可控制噴水孔噴出的噴水量。
一種噴氣發動機的蒸汽助推方法，噴氣發動機的蒸汽助推裝置通過螺紋連接或者焊接在噴氣發動機尾噴管1上，其特徵在於1)當發動機工作時，水箱4中的水通過高壓水泵5增壓至2～5MPa，形成高壓水；2)根據發動機的工況，通過流量控制閥6控制高壓水流量，使高壓水進入總水管7，再進入環形水管3，通過噴水孔噴向附加噴管2內，形成高壓水霧；3)當高溫高壓燃氣(1200K～2000K)從噴氣發動機尾管噴入蒸汽助推裝置後，與環形水管3噴射出來的液態水霧接觸，液態水霧吸熱驟然汽化為水蒸氣，體積膨脹(1700倍以上)產生推力；氣體繼續高速前進，又與環形水管3噴射出來的液態水霧接觸，液態水霧汽化為水蒸氣，體積又膨脹(1700倍以上)產生推力……，按此使噴出的氣體溫度多次降低，體積多次增大，速度多次加快，實現蒸汽助推推力的多次增大。
本發明結構簡單、方法新穎、成本低、易於實現，在無需增加燃料的情況下即可以增大噴氣發動機的推力或飛機的續航能力。
圖1是噴氣發動機的蒸汽助推方法示意圖；圖2是噴氣發動機的蒸汽助推裝置的側剖視圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖中1.噴氣發動機尾噴管，2.附加噴管，3.環形水管，4.水箱，5.高壓水泵，6.流量控制閥，7.總水管，8.外殼。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發明實施例作進一步說明實施例為只有3個環形水管時的噴氣發動機的蒸汽助推裝置，圖1為本裝置助推方法示意圖，k-k截面左邊的B區為噴氣發動機尾部或者加力燃燒室尾部，k-k截面、k1-k2截面、k2-k2截面和k3-k3截面之間的C區、D區和E區為噴水區。
圖2是噴氣發動機的蒸汽助推裝置的側剖視圖，噴氣發動機的蒸汽助推裝置通過螺紋連接或者焊接在噴氣發動機的噴管尾部1上，水箱4、高壓水泵5、流量控制閥6、總水管7相連接，並位於附加噴管2底部，總水管7與環形水管3相連通；三個環形水管3均勻分布，分別位於C區、D區和E區的中部，焊接在附加噴管2上，接觸的圓周上每隔5～50mm鑽一個孔徑為0.5～3mm的噴水孔(如圖3所示)，使附加噴管與環形水管連通，高壓水能夠通過噴水孔噴向附加噴管形成高壓水霧，形成高壓水霧的目的是為了增大水與燃氣接觸的表面積，吸熱更快，體積膨脹更快；為了美觀，同時也為了讓噴氣發動機在工作時外界氣體能夠冷卻環形水管，蒸汽助推裝置的外表面套有外殼9。
具體工作過程描述如下當發動機工作時，水箱4中的水通過高壓水泵5增壓至2～5MPa，形成高壓水；根據發動機的工況，通過流量控制閥6控制高壓水流量，使高壓水進入總水管7，再進入環形水管3，通過噴水孔噴向附加噴管(2)內，形成高壓水霧；噴氣發動機的噴管尾部的高溫高壓燃氣(1200K～2000K)從B區高速排出時，反作用力推動噴氣發動機向左運動，設燃氣在k-k截面流動的加速度為a0，則推力大小為F＝ma0，噴氣發動機原有的效率已經得到利用；當燃氣從B區進入C區與液態水霧混合時，液態水霧由於吸熱迅速汽化，體積驟然膨脹1700倍以上，使燃氣產生一個加速度a1繼續往外排出，但溫度稍微降低；當燃氣進入D區和E區時又與液態水霧混合，使液態水霧吸熱迅速汽化，燃氣溫度進一步降低，並產生加速度a2和a3，這樣通過水霧吸熱變成蒸汽的膨脹，燃氣溫度的多次降低同時產生多次加速，噴氣發動機最後噴出的氣體加速度為a＝a1+a2+a3，噴氣發動機的推力增加到F＝m(a1+a2+a3)，實現了噴氣發動機的蒸汽助推目的。
本發明的噴氣發動機的蒸汽助裝置根據噴氣發動機的不同型號，其附加噴管內孔直徑與噴氣發動機的噴管尾部內徑相等，整個裝置的長度為附加噴管內孔直徑的0.7～3倍；兩相鄰環形水管3之間相隔5～70mm，噴水孔的直徑為0.5～3mm，在圓周線上相鄰兩間距為5～50mm。
本發明所包含的其他機構，如水箱、高壓水泵和流量控制閥等可以採用現有技術實現，同時控制流量控制閥開關大小的電信號可以由噴氣發動機的供油系統的油量控制信號按比例實現。
權利要求
1.一種噴氣發動機的蒸汽助推裝置，包括附加噴管(2)、環形水管(3)、水箱(4)、高壓水泵(5)、流量控制閥(6)、總水管(7)和外殼(8)，其特徵在於附加噴管(2)內孔直徑與噴氣發動機尾噴管(1)內徑相等，整個裝置的長度為附加噴管內孔直徑的0.7～3倍；總水管(7)位於附加噴管(2)底部，與環形水管(3)相連通，兩相鄰環形水管(3)的相隔距離為5～70mm；環形水管(3)與附加噴管(2)無縫連接，接觸的圓周線上每相隔5～50mm鑽一個直徑為0.5～3mm的噴水孔，使環形水管(3)與附加噴管(2)內部相連通；蒸汽助推裝置外表面套有外殼(9)；根據發動機的工況，通過流量控制閥(6)可控制噴水孔噴出的噴水量。
2.一種噴氣發動機的蒸汽助推方法，其特徵在於1)將權利要求1所述的噴氣發動機的蒸汽助推裝置通過螺紋連接或者焊接在噴氣發動機尾噴管(1)上；2)當發動機工作時，水箱(4)中的水通過高壓水泵(5)增壓至2～5MPa，形成高壓水；3)根據發動機的工況，通過流量控制閥(6)控制高壓水流量，使高壓水進入總水管(7)，再進入環形水管(3)，通過噴水孔噴向附加噴管(2)內，形成高壓水霧；4)從噴氣發動機尾管噴出的高溫高壓燃氣噴入蒸汽助推裝置後，與環形水管(3)噴射出來的液態水霧接觸，液態水霧吸熱驟然汽化為水蒸氣，體積膨脹可達1700倍以上，產生推力；氣體繼續高速前進，又與環形水管(3)噴射出來的液態水霧接觸，液態水霧汽化為水蒸氣，體積又膨脹產生推力，如是往復，使噴出的氣體溫度多次降低，體積多次增大，速度多次加快，實現蒸汽助推推力的多次增大。
全文摘要
一種噴氣發動機的蒸汽助推裝置及方法，該裝置由附加噴管、環形水管、水箱、高壓水泵、流量控制閥、總水管，外殼組成，總水管位於附加噴管底部，與環形水管相連接；環形水管與附加噴管接觸的圓周上均勻分布有若干噴水孔，蒸汽助推裝置外表面套有外殼；蒸汽助推裝置與噴氣發動機尾噴管相連接。當高溫高壓燃氣從噴氣發動機尾噴管噴入蒸汽助推裝置時，與環形水管噴射出來的液態水霧接觸，液態水霧吸收燃氣中的熱量汽化為水蒸氣，體積驟然膨脹(1700倍以上)產生推力，實現蒸汽助推的目的。本發明結構簡單、成本低、易於實現，在無需增加燃料的情況下即可以增大噴氣發動機的推力或飛機的續航能力。
文檔編號F02K1/00GK1749546SQ200510057309
公開日2006年3月22日 申請日期2005年10月8日 優先權日2005年10月8日
發明者梁錫昌, 王家序, 潘繼生 申請人:重慶大學