本发明专利技术创造提供了一种用于水下航行器的混合推进系统及其工作方法，属于船舶推进和能源领域。解决现有水下航行器动力系统无法长时间续航和短时间内快速机动的难题及现有水下航行器动力系统功率密度低问题。混合推进系统主要包括混合推进系统、推进剂供给系统、燃料电池系统和能量综合管理系统，推进剂供给系统与燃料电池系统连接，推进剂供给系统包括柴油供给系统和液氧供给系统，推进剂供给系统为燃料电池系统和推进系统提供燃料，燃料电池系统发电传输至能量综合管理系统，能量综合管理系统为推进系统和推进剂供给系统供电。本发明专利技术创造适用于水下航行器，满足其大范围变工况、海洋勘测长续航和遇险急救任务时的高机动任务对动力系统的需求。对动力系统的需求。对动力系统的需求。
【技术实现步骤摘要】
一种用于水下航行器的混合推进系统及其工作方法
[0001]本专利技术创造属于船舶推进和能源领域，尤其是涉及一种用于水下航行器的混合推进系统及其工作方法。
技术介绍
[0002]水下航行器通过搭载传感器和不同任务模块,是一种执行多种任务的水下自航行装备。水下航行器用于水下警戒、侦察、监视、跟踪、探雷、布雷、中继通信和隐蔽攻击，以及执行水文测量、海洋学研究等任务。可由飞机、舰艇携带到作战海区或从岸上直接布放。可潜入水下长时间远程自主航行和作战，具有小型化、智能化、机动范围大和隐蔽性好等特点；可以作为海上网络中心战的一个节点，在实施反潜等作战活动中，为母舰(艇)提供水下警戒、战场侦察、目标指示、中继通信等保障，发挥力量倍增器的作用。
[0003]为了提升水下航行器的续航时间，国外科技强国对其动力系统进行了多年研发改进，目前锂电池是中小型潜航器的主要动力源，但能量密度已经接近理论极限。燃料电池和浮力推进是最新的研发方向，可将潜航器续航时长提升数倍。对于大型潜航器，则开始采用热动力发动机。早期的热动力发动机使用酒精、煤油+压缩空气燃料，能量密度很低，比能量只有0.197Wh/kg。后来，推进剂飞速发展，从煤油+氧气、煤油+过氧化氢、煤油+硝酸，一直到现在广泛使用的奥托II及其组合燃料，比能量已经达到470Wh/kg，比最初提高了2300多倍。热动力水下航行器优点是：航速快、噪声也大，但同时因为开式、半开式循环与外界工质交换，所以会产生明显的航迹，不利于隐蔽。
[0004]电池和热动力发电动力系统无法同时满足水下航行器在长时间续航和短时间内快速机动两方便需求。如果水下航行器同时安装两套系统又过于复杂并且占据了大量空间，不利于水下航行器的续航。另外，现有的燃料电池动力系统功率密度低，现有的采用了氢燃料，占据了大量水下航行器的体积。因此本专利技术不仅要解决现有水下航行器动力系统无法长时间续航和短时间内快速机动的难题，还要解决现有水下航行器动力系统功率密度低问题，提出一种即可长续航又可快速机动的水下潜航器动力系统，满足船舶领域在水文测量、海洋学研究等方面的任务需求。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种用于水下航行器的混合推进系统，以解决现有水下航行器动力系统无法长时间续航和短时间内快速机动的难题及现有水下航行器动力系统功率密度低的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：
[0007]一种用于水下航行器的混合推进系统，包括推进系统、推进剂供给系统、燃料电池系统和能量综合管理系统，所述推进剂供给系统与燃料电池系统连接，所述推进剂供给系统包括柴油供给系统和液氧供给系统，所述推进剂供给系统为推进系统和燃料电池系统提供燃料，所述燃料电池系统发电传输至能量综合管理系统，所述能量综合管理系统为推进
系统和推进剂供给系统供电；
[0008]所述推进系统包括第一火箭燃烧室、第二火箭燃烧室、第一喷管、第二喷管、电动机和螺旋桨，第一火箭燃烧室的尾气出口与第一喷管连通，第二火箭燃烧室的尾气出口与第二喷管连通，电动机与螺旋桨通过轴系连接；
[0009]所述燃料电池系统包括燃料电池、燃烧室、涡轮、发电机、反应塔、第二换热器、第三换热器和第四换热器，柴油供给系统与反应塔的进口连通，反应塔的出气口依次与第三换热器和第二换热器连接，第二换热器的出气口与燃料电池的阳极连通；
[0010]液氧供给系统与第一分流器的第一个口连通，第一分流器的第二个口依次与第四换热器和第三换热器连通，第三换热器的出气口与燃料电池的阴极连通，第一分流器的第三个口与反应塔连通；在燃料电池两侧布置有冷却通道；
[0011]燃料电池的尾气出口与燃烧室连通，燃烧室的出气口与涡轮连接，涡轮与发电机通过轴连接，燃料电池的发电端和发电机均与能量综合管理系统电连接，所述能量综合管理系统为推进剂供给系统和电动机供电。
[0012]更进一步的，所述柴油供给系统包括柴油供给罐、柴油总管路、第四电动泵、第一电动泵和第二分流器，柴油供给罐与柴油总管路连通，柴油总管路与第二分流器的第一个口连通，第二分流器的第二个口通过管路与第一火箭燃烧室的燃油进口连通，第二分流器的第三个口通过管路与第二火箭燃烧室的燃油进口连通，第二分流器的第四个口通过管路与反应塔的进口连通，在第二分流器的第二个口与第一火箭燃烧室之间的管路上设有第四电动泵，在第二分流器的第三个口与第二火箭燃烧室之间的管路上设有第一电动泵，在第二分流器的第四个口与反应塔之间的管路上设有第一增压泵。
[0013]更进一步的，所述液氧供给系统包括液氧冷冻罐、液氧总管路、第二电动泵、第三电动泵、电动阀、减压阀、第一分流器和第三分流器，液氧冷冻罐与液氧总管路连通，液氧总管路与第三分流器的第一个口连通，第三分流器的第二个口通过管路与第一火箭燃烧室的进口连通，第三分流器的第三个口通过管路与第二火箭燃烧室的进口连通，第三分流器的第四个口通过管路与第一分流器的第一个口连通，在第三分流器的第二个口与第一火箭燃烧室之间的管路上设有第二电动泵，在第三分流器的第三个口与第二火箭燃烧室之间的管路上设有第三电动泵，在第三分流器的第四个口与第一分流器的第一个口连通的管路上设有电动阀和减压阀。
[0014]更进一步的，涡轮的尾气出口与第一换热器连通，第一换热器与第四换热器的热端进口连通，第四换热器的热端出口与冷凝器连通，冷凝器与气液分离器连通，气液分离器的出气口与CO2吸收塔连通，CO2吸收塔通过第四分流器与第一火箭燃烧室的氧气进口的管道连通，气液分离器的出液口通过管道与水箱连通，在管道上设有止回阀。
[0015]更进一步的，在冷却通道处设有循环回路，在循环回路上设有第二增压泵，冷却通道连通第一换热器的冷端入口和冷端出口，冷却通道中的冷却介质是二氧化碳。
[0016]更进一步的，所述能量综合管理系统包括第一电源转换模块、第二电源转换模块、第三电源转换模块和第四电源转换模块，第一电源转换模块与第二电源转换模块连接，第一电源转换模块和第三电源转换模块连接，第二电源转换模块和第三电源转换模块连接。
[0017]更进一步的，所述混合推进系统还包括雷达，雷达设置在潜艇的头部位置。
[0018]更进一步的，第一电源转换模块将电能分配给雷达，第二电源转换模块将电能分
配给第二电动泵和第四电动泵，第三电源转换模块将电能分配给电动机，第四电源转换模块将电能分配给第三电动泵和第一电动泵。
[0019]更进一步的，所述第一喷管和第二喷管均配备有用于折叠至潜艇内部的连杆机构。
[0020]本专利技术创造的另一目的在于提出一种用于水下航行器的混合推进系统的工作方法，具体包括：
[0021]柴油供给罐内的燃油经过第二分流器分别供给第一火箭燃烧室、第二火箭燃烧室和第一增压泵，柴油经过第一增压泵加压后雾化进入反应塔，重整反应后的富氢气体进入燃料电池的阳极；液氧冷冻罐内的液氧经过第三分流器分别供给第一火箭燃烧室、第二火箭燃烧室和反应塔及燃料电池的阴极，燃本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于水下航行器的混合推进系统，其特征在于：包括推进系统、推进剂供给系统、燃料电池系统和能量综合管理系统，所述推进剂供给系统与燃料电池系统连接，所述推进剂供给系统包括柴油供给系统和液氧供给系统，所述推进剂供给系统为推进系统和燃料电池系统提供燃料，所述燃料电池系统发电传输至能量综合管理系统，所述能量综合管理系统为推进系统和推进剂供给系统供电；所述推进系统包括第一火箭燃烧室(22)、第二火箭燃烧室(21)、第一喷管(26)、第二喷管(27)、电动机(29)和螺旋桨(30)，第一火箭燃烧室(22)的尾气出口与第一喷管(26)连通，第二火箭燃烧室(21)的尾气出口与第二喷管(27)连通，电动机(29)与螺旋桨(30)通过轴系连接；所述燃料电池系统包括燃料电池(5)、燃烧室(4)、涡轮(3)、发电机(2)、反应塔(10)、第二换热器(8)、第三换热器(9)和第四换热器(11)，柴油供给系统与反应塔(10)的进口连通，反应塔(10)的出气口依次与第三换热器(9)和第二换热器(8)连接，第二换热器(8)的出气口与燃料电池(5)的阳极连通；液氧供给系统与第一分流器(13)的第一个口连通，第一分流器(13)的第二个口依次与第四换热器(11)和第三换热器(9)连通，第三换热器(9)的出气口与燃料电池(5)的阴极连通，第一分流器(13)的第三个口与反应塔(10)连通；在燃料电池(5)两侧布置有冷却通道；燃料电池(5)的尾气出口与燃烧室(4)连通，燃烧室(4)的出气口与涡轮(3)连接，涡轮(3)与发电机(2)通过轴连接，燃料电池(5)的发电端和发电机(2)均与能量综合管理系统电连接，所述能量综合管理系统为推进剂供给系统和电动机(29)供电。2.根据权利要求1所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，其特征在于：所述柴油供给系统包括柴油供给罐(28)、柴油总管路、第四电动泵(23)、第一电动泵(24)和第二分流器(25)，柴油供给罐(28)与柴油总管路连通，柴油总管路与第二分流器(25)的第一个口连通，第二分流器(25)的第二个口通过管路与第一火箭燃烧室(22)的燃油进口连通，第二分流器(25)的第三个口通过管路与第二火箭燃烧室(21)的燃油进口连通，第二分流器(25)的第四个口通过管路与反应塔(10)的进口连通，在第二分流器(25)的第二个口与第一火箭燃烧室(22)之间的管路上设有第四电动泵(23)，在第二分流器(25)的第三个口与第二火箭燃烧室(21)之间的管路上设有第一电动泵(24)，在第二分流器(25)的第四个口与反应塔(10)之间的管路上设有第一增压泵(12)。3.根据权利要求2所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，其特征在于：所述液氧供给系统包括液氧冷冻罐(20)、液氧总管路、第二电动泵(18)、第三电动泵(19)、电动阀(31)、减压阀(15)、第一分流器(13)和第三分流器(32)，液氧冷冻罐(20)与液氧总管路连通，液氧总管路与第三分流器(32)的第一个口连通，第三分流器(32)的第二个口通过管路与第一火箭燃烧室(22)的进口连通，第三分流器(32)的第三个口通过管路与第二火箭燃烧室(21)的进口连通，第三分流器(32)的第四个口通过管路与第一分流器(13)的第一个口连通，在第三分流器(32)的第二个口与第一火箭燃烧室(22)之间的管路上设有第二电动泵(18)，在第三分流器(32)...
【专利技术属性】
技术研发人员：姬志行，程莉雯，王占学，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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