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一种无人水下航行器用核反应堆电源概念设想

郭键 俞荣君 安伟健 王傲 李来冬 高剑 李晓慧

郭键, 俞荣君, 安伟健, 等. 一种无人水下航行器用核反应堆电源概念设想[J]. 水下无人系统学报, 2022, 30(5): 558-566 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201008
引用本文: 郭键, 俞荣君, 安伟健, 等. 一种无人水下航行器用核反应堆电源概念设想[J]. 水下无人系统学报, 2022, 30(5): 558-566 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201008
GUO Jian, YU Rong-jun, AN Wei-jian, WANG Ao, LI Lai-dong, GAO Jian, LI Xiao-hui. A Concept of Nuclear Reactor Power for Unmanned Undersea Vehicle[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2022, 30(5): 558-566. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201008
Citation: GUO Jian, YU Rong-jun, AN Wei-jian, WANG Ao, LI Lai-dong, GAO Jian, LI Xiao-hui. A Concept of Nuclear Reactor Power for Unmanned Undersea Vehicle[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2022, 30(5): 558-566. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201008

一种无人水下航行器用核反应堆电源概念设想

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201008
详细信息
    作者简介:

    郭键:郭 键(1989-), 男, 硕士, 助理研究员, 研究方向为核反应堆设计

  • 中图分类号: TJ910.2

A Concept of Nuclear Reactor Power for Unmanned Undersea Vehicle

  • 摘要: 兼具高速和长航程的无人水下航行器可以拓展许多新的作战模式, 动力系统是其瓶颈之一, 而核动力是解决这一问题的有效途径。核反应堆电源系统小型化是技术难点。文中在结合了水冷热中子反应堆和温差发电技术的基础上, 简化系统架构, 优化设备布置方案, 提出了一种外径小于 533 mm, 长度不超过 3 m、重量不超过 750 kg、具备输出 100 kW 电功率能力的核反应堆电源概念方案, 有望使核动力无人水下航行器具备由通用海军舰艇携带, 并从 533 mm 鱼雷发射管投放的能力, 增大了任务灵活性。通过采用低燃料装量的反应堆构型、尽量使用成熟技术等手段, 核动力系统的成本可显著降低, 具备批量生产的潜力。在对核物理、热工、流体及力学等关键参数估算后, 初步证明了该方案的可行性。

     

  • 图  1  小型核反应堆电池系统示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of small nuclear reactor battery

    图  2  核反应堆横截面图

    Figure  2.  Cross section of nuclear reactor

    图  3  核燃料元件横截面图

    Figure  3.  Cross section of nuclear fuel element

    图  4  堆芯压力管示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of core pressure pipe

    图  5  发电单元示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of power generation unit

    图  6  冷却剂回路示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of coolant circuit

    图  7  反应性随时间变化曲线

    Figure  7.  Variation of reactivity with time

    图  8  海水箱内部结构和导流隔板

    Figure  8.  Internal structure of seawater tank and flux dis- tributor

    表  1  全系统质量统计

    Table  1.   Quality statistics of overall system

    名称数量总质量/kg备注
    核反应堆1个140不含整流壳体
    压力管和联箱1套117
    冷却水49
    发电器件5 031个237
    冷却海水系统1个50不含海水
    屏蔽体0不需要附加屏蔽
    控制鼓驱动机构3套15
    水泵3个21
    体积补偿器12个44
    电控模块1套20
    其他50作为裕量
    总计743
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-30
  • 录用日期:  2022-03-23
  • 修回日期:  2022-03-16
  • 网络出版日期:  2022-07-05

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