一种用于水下航行器的混合推进系统及其工作方法

1.本发明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。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。因此本发明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。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明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。
6.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
7.一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；
8.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；
9.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；
10.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；
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.本发明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：
21.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，燃料电池发电，两个火箭燃烧室燃烧的尾气经由喷管喷出输出动力；
22.同时燃料电池的出口气体进入燃烧室，燃烧室尾气进入涡轮，涡轮输出轴功驱动发电机，燃料电池和发电机所发出的电均进入能量综合管理系统，能量综合管理系统为各电动泵供电及对电动机供电驱动螺旋桨运动；
23.燃料电池工作时，燃料电池两侧布置的冷却剂通道内，co2经过第一换热器后冷却，经过第二增压泵后增压，对燃料电池进行循环冷却。
24.与现有技术相比，本发明创造所述的一种用于水下航行器的混合推进系统的有益效果是：
25.(1)本发明创造所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，相比以往燃料电池动力系统，混合推进系统功率密度较高。首先，从推进剂选择出发，混合推进系统选择了柴油和液氧，柴油的体积功率密度高于液氢，因而本推进系统相对应的水下航行器可以贮存推进剂。其次，从燃料利用方式上，本发明采用了紧凑度较高的氧化重整而不是水蒸气重整，重整器体积小，重整反应速率快。再次，能量转换设备为燃料电池，相比于以往的燃料电池，该处燃料电池具有冷却通道，利用冷却剂使得燃料电池保持近乎恒温的状态，因而燃料电池电流密度可以很高，而不会造成梯度过大的情况。
26.(2)本发明创造所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，电动螺旋桨和火箭喷管可分别单独工作或者同时工作。水下航行器巡航时，可采用电动螺旋桨巡航模式，实现长续航工作。在海洋研究中，遇到突发情况需要高速机动时，可利用火箭喷管进行高推力工况运行。通过电路控制和泵供给系统即可实现不同模式的转换。
27.(3)本发明创造所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，传统涡轮泵工作过程中，涡轮转速与泵转速高度耦合，因此调节涡轮发动机推力较为不易。本发明中采用电动泵的工作方式，可实现泵转速、流量的精确控制，进而可精确控制喷管推力。
28.(4)本发明创造所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，本发明中燃料电池后部燃烧室为富氧燃烧，燃烧温度高，因而涡轮入口温度高，膨胀功高，效率高，可大幅利用燃料电池系统未利用完的能量，提高系统的能量利用效率，进而提高航行器续航。
29.(5)本发明创造所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，对二氧化碳、水、热动力系统废气等进行了回收，巡航工作模态与外界物质交换很少，因而所造成的噪音较小。本发明预留管路可实现燃料电池后部涡轮不工作，进一步降低动力系统的噪音水平。
附图说明
30.构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
31.图1为本发明创造实施例所述的一种用于水下航行器的混合推进系统的结构示意图。
32.附图标记说明：
33.1、雷达；2、发电机；3、涡轮；4、燃烧室；5、燃料电池；6、第一换热器；7、第二增压泵；8、第二换热器；9、第三换热器；10、反应塔；11、第四换热器；12、第一增压泵；13、第一分流器；14、冷凝器；15、减压阀；16、气液分离器；17、co2吸收塔；18、第二电动泵；19、第三电动泵；20、液氧冷冻罐；21、第二火箭燃烧室；22、第一火箭燃烧室；23、第四电动泵；24、第一电动泵；25、第二分流器；26、第一喷管；27、第二喷管；28、柴油供给罐；29、电动机；30、螺旋桨；31、电动阀；32、第三分流器；33、第一电源转换模块；34、第二电源转换模块；35、第三电源转换模块；36、第四电源转换模块；37、止回阀；38、水箱；39、第四分流器。
具体实施方式
34.下面将结合附图对本发明创造的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明创造一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明创造中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明创造保护的范围。
35.在本发明创造的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
37.此外，下面所描述的本发明创造不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
38.如图1所示，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；
39.所述推进系统为混动推进系统，包括推进系统和火箭推进系统，火箭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和第二喷管27，推进系统包括电动机
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；两套系统可自由切换；
40.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；所述第二换热器8的冷却工质来自于海水；
41.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；
42.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。
43.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。
44.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的第三个口与第二火箭燃烧室21之间的管路上设有第三电动泵19，在第三分流器32的第四个口与第一分流器13的第一个口连通的管路上设有电动阀31和减压阀15；四个电动泵的设置可以输送大量高压推进剂。
45.涡轮3的尾气出口与第一换热器6连通，第一换热器6与第四换热器11的热端进口连通，第四换热器11的热端出口与冷凝器14连通，冷凝器14与气液分离器16连通，气液分离器16的出气口与co2吸收塔17连通，co2吸收塔17通过第四分流器与第一火箭燃烧室22的氧气进口的管道连通，气液分离器16的出液口通过管道与水箱38连通，在管道上设有止回阀37。通过尾气回收结构的设置，气体、液体完成了回收，通过水箱38回收了水，通过第四分流器39回收了氧气，通过co2吸收塔17回收了二氧化碳，因此该系统零排放，几乎没有物质排除到外部，隐身效果良好。
46.由于在所述燃料电池5的两侧布置有冷却通道，燃料电池可在大电流密度下操作，冷却通道处设有循环回路，在循环回路上设有第二增压泵7，冷却通道连通第一换热器6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；co2经过第一换热器6后冷却，经
过第二增压泵7后增压，对燃料电池堆进行循环冷却；第一换热器6可弥补冷却通道冷能损失，第二增压泵7可弥补冷却通道压力损失；利用冷却剂使得燃料电池保持近乎恒温的状态，因而燃料电池电流密度可以很高，而不会造成梯度过大的情况。本技术的各换热器均设有热端进口、热端出口、冷端入口和冷端出口，实现换热的效果。
47.所述能量综合管理系统包括第一电源转换模块33、第二电源转换模块34、第三电源转换模块35和第四电源转换模块36，第一电源转换模块33与第二电源转换模块34连接，第一电源转换模块33和第三电源转换模块35连接，第二电源转换模块34和第三电源转换模块35连接。所述混合推进系统还包括雷达1，雷达1设置在潜艇的头部位置。所述推进系统、推进剂供给系统、燃料电池系统和能量综合管理系统均设置在水下航行器壳体内，螺旋桨30和两个喷管均设置在航行体壳体外部。第一电源转换模块33将电能分配给雷达1，第二电源转换模块34将电能分配给第二电动泵18和第四电动泵23，第三电源转换模块35将电能分配给电动机29，第四电源转换模块36将电能分配给第三电动泵19和第一电动泵24。
48.所述第一喷管26和第二喷管27均配备有用于折叠至潜艇内部的连杆机构，在低速航行时可折叠至潜艇内部，避免造成太大的流体阻力。
49.一种用于水下航行器的混合推进系统的工作方法，具体包括：
50.柴油供给罐28内的燃油经过第二分流器25经第四电动泵23和第一电动泵24加压后分别供给第一火箭燃烧室22和第二火箭燃烧室21，
51.柴油供给罐28内的燃油经过第二分流器25进入第一增压泵12，柴油经过第一增压泵12加压后雾化进入反应塔10，重整反应后的富氢气体依次经过第三换热器9和第二换热器8的降温后进入燃料电池5的阳极；第二换热器8的冷却工质来自于海水；
52.液氧冷冻罐20内的液氧经过第三分流器32经第二电动泵18和第三电动泵19加压后分别供给第一火箭燃烧室22和第二火箭燃烧室21，两个火箭燃烧室燃烧的尾气经由喷管喷出输出动力；
53.液氧冷冻罐20内的液氧经过第三分流器32后依次进入电动阀31、减压阀15和第一分流器13后分别进入反应塔10和第四换热器11，其中一路氧气经第四换热器11和第三换热器9升温后进入燃料电池5的阴极，另一路氧气在反应塔10参与重整反应，燃料电池5发电；
54.同时燃料电池5的出口气体进入燃烧室4，燃烧室4尾气进入涡轮3，涡轮3输出轴功驱动发电机2，燃料电池5和发电机2所发出的电均进入能量综合管理系统，能量综合管理系统为电动机29供电驱动螺旋桨30运动；能量综合管理系统同时也为推进系统中的各个电动泵供电；
55.燃料电池5工作时，燃料电池5两侧布置的冷却剂通道内，co2经过第一换热器6后冷却，经过第二增压泵7后增压，对燃料电池5进行循环冷却；
56.涡轮出口气体经过第一换热器6后，进入第四换热器11为氧气加热，之后进入冷凝器14，之后进入气液分离器16，液体经过止回阀37，最后进入水箱38，气体进入co2吸收塔17，剩余氧气进入第四分流器39供给第一火箭燃烧室22燃烧。
57.本发明的一种用于水下航行器的混合推进系统，适用于大范围变工况、满足海洋勘测长续航和遇险急救任务时的高机动需求。
58.以上公开的本发明创造实施例只是用于帮助阐述本发明创造。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明创造仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可
作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明创造的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明创造。

技术特征：
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)的第三个口与第二火箭燃烧室(21)之间的管路上设有第三电动泵(19)，在第三分流器(32)的第四个口与第一分流器(13)的第一个口连通的管路上设有电动阀(31)和减压阀(15)。4.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：涡轮(3)
的尾气出口与第一换热器(6)连通，第一换热器(6)与第四换热器(11)的热端进口连通，第四换热器(11)的热端出口与冷凝器(14)连通，冷凝器(14)与气液分离器(16)连通，气液分离器(16)的出气口与co2吸收塔(17)连通，co2吸收塔(17)通过第四分流器与第一火箭燃烧室(22)的氧气进口的管道连通，气液分离器(16)的出液口通过管道与水箱(38)连通，在管道上设有止回阀(37)。5.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：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(7)，冷却通道连通第一换热器(6)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。6.根据权利要求3所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，其特征在于：所述能量综合管理系统包括第一电源转换模块(33)、第二电源转换模块(34)、第三电源转换模块(35)和第四电源转换模块(36)，第一电源转换模块(33)与第二电源转换模块(34)连接，第一电源转换模块(33)和第三电源转换模块(35)连接，第二电源转换模块(34)和第三电源转换模块(35)连接。7.根据权利要求6所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，其特征在于：所述混合推进系统还包括雷达(1)，雷达(1)设置在潜艇的头部位置。8.根据权利要求7所述的一种用于水下航行器的混合推进系统，其特征在于：第一电源转换模块(33)将电能分配给雷达(1)，第二电源转换模块(34)将电能分配给第二电动泵(18)和第四电动泵(23)，第三电源转换模块(35)将电能分配给电动机(29)，第四电源转换模块(36)将电能分配给第三电动泵(19)和第一电动泵(24)。9.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：所述第一喷管(26)和第二喷管(27)均配备有用于折叠至潜艇内部的连杆机构。10.根据权利要求3-9中任一项所述的一种用于水下航行器的混合推进系统的工作方法，其特征在于：具体包括：柴油供给罐(28)内的燃油经过第二分流器(25)分别供给第一火箭燃烧室(22)、第二火箭燃烧室(21)和第一增压泵(12)，柴油经过第一增压泵(12)加压后雾化进入反应塔(10)，重整反应后的富氢气体进入燃料电池(5)的阳极；液氧冷冻罐(20)内的液氧经过第三分流器(32)分别供给第一火箭燃烧室(22)、第二火箭燃烧室(21)和反应塔(10)及燃料电池(5)的阴极，燃料电池(5)发电，两个火箭燃烧室燃烧的尾气经由喷管喷出输出动力；同时燃料电池(5)的出口气体进入燃烧室(4)，燃烧室(4)尾气进入涡轮(3)，涡轮(3)的输出轴功驱动发电机(2)，燃料电池(5)和发电机(2)所发出的电均进入能量综合管理系统，能量综合管理系统为各电动泵供电及对电动机(29)供电驱动螺旋桨(30)运动；燃料电池(5)工作时，燃料电池(5)两侧布置的冷却剂通道内，co2经过第一换热器(6)后冷却，经过第二增压泵(7)后增压，对燃料电池(5)进行循环冷却。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：姬志行 程莉雯 王占学
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.01.10
技术公布日：2023/3/14