[發(fā)明專利]一種航行器尾部引氣減阻裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610875865.1
• 申請(qǐng)日: 2016-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN106335598B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐志程;康磊晶;李一帆;李明;趙靜;陸宏志;劉麗麗;叢堃林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): B63B1/38
• 分類號(hào): B63B1/38;B63B1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 龐靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種航行器尾部引氣減阻裝置，應(yīng)用于水下高速航行體的高效能推進(jìn)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水中高速航行器面臨著速度高阻力大的難題，難以有足夠的推力保持高速航行，因此必須進(jìn)一步降低水下航行阻力。目前高速航行器設(shè)計(jì)通過超空泡覆蓋和表面減阻涂層等方法可以大幅降低頭部阻力和航行體表面的摩擦阻力。

高效能推進(jìn)動(dòng)力面臨的問題是，在推進(jìn)動(dòng)力產(chǎn)生的高速噴流的外圍，因?yàn)閲娏鞯囊渥饔茫a(chǎn)生較大的低壓空間，致使尾部的阻力較大，從而降低推力的效率，尾部的阻力在總的阻力中占據(jù)了約50％甚至更高。

對(duì)于尾部無法設(shè)計(jì)為流線型收縮外形的水下航行體，為減少尾部阻力，已經(jīng)提出的方法是在尾部補(bǔ)氣產(chǎn)生穩(wěn)定的氣泡，氣泡填充尾部的外形，形成流線型氣泡外形，從而消除尾部分離流動(dòng)阻力。但是該方法不適用于有高速噴流的狀態(tài)。

要減少推進(jìn)動(dòng)力的高速噴流引射帶來的尾部阻力，需要通過持續(xù)的徑向引氣改變噴流外圍的流動(dòng)，在尾部形成持續(xù)的高壓環(huán)境，從而降低尾部阻力，甚至在尾部產(chǎn)生一定的附加推力。雖然徑向引氣會(huì)消耗一定的動(dòng)力噴流的流量，但是鑒于尾部阻力已經(jīng)占據(jù)了總阻力的50％以上，通過降低尾部阻力可以彌補(bǔ)噴流的流量損失，而且總體提高動(dòng)力的使用效率。

中國專利：ZL 201110012161.9《一種XXXX尾部補(bǔ)氣減阻方法》提供了一種尾部補(bǔ)氣減阻方法。采用該方法可以使航行體在水中飛行的過程中逐步向尾氣泡充氣，保持尾部有飽滿的尾部氣泡，有效地保持尾泡外形與飽滿程度，減小尾部阻力的目的。但是該方法需要在初始時(shí)刻需要通過高壓燃?xì)鈮喝耄纬沙跏嫉奈才荩荒鼙３治才莸某叽绾托螤睿诤叫羞^程中，會(huì)被水流沖刷，變得越來越小，高速噴流有抽吸現(xiàn)象，會(huì)加速尾泡的消失，因此，不適用于尾部有高速噴流的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種航行器尾部引氣減阻裝置，在航行器尾部形成持續(xù)穩(wěn)定的氣泡，消除高速噴流引射產(chǎn)生的低壓區(qū)域，提高尾部壓力，從而降低尾部阻力，總體提高推進(jìn)效率。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種航行器尾部引氣減阻裝置，該裝置包括集氣環(huán)和防沖刷裙，集氣環(huán)為環(huán)形管，圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中部外周固定安裝，集氣環(huán)內(nèi)側(cè)通過多個(gè)引氣孔與發(fā)動(dòng)機(jī)噴管相通，將發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的燃?xì)鈱?dǎo)入集氣環(huán)，集氣環(huán)外側(cè)開有多個(gè)排氣孔，將集氣環(huán)的燃?xì)馀懦觯环罌_刷裙為中空殼體，固定接續(xù)在航行器殼體尾部，其外徑與航行器殼體平齊，沿航行器軸向延伸至發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中部，其軸向長度大于集氣環(huán)與發(fā)動(dòng)機(jī)底部的距離；航行器推進(jìn)系統(tǒng)啟動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥點(diǎn)火產(chǎn)生燃?xì)猓細(xì)馔ㄟ^發(fā)動(dòng)機(jī)噴管向下游噴射，部分燃?xì)庠诎l(fā)動(dòng)機(jī)噴管中部通過引氣孔進(jìn)入集氣環(huán)，在集氣環(huán)中燃?xì)獾玫脚蛎浐徒禍兀偻ㄟ^排氣孔噴出，噴出的燃?xì)獗环罌_刷裙阻擋，在發(fā)動(dòng)機(jī)底部聚集形成穩(wěn)定氣泡，提高發(fā)動(dòng)機(jī)底部的壓力，降低尾部阻力。

所述引氣孔的開孔面積應(yīng)保證引出燃?xì)獾淖畲罅髁坎怀^發(fā)動(dòng)機(jī)總流量的10％。

所述排氣孔總面積為引氣孔的總面積的2～2.5倍。

所述集氣環(huán)的最大直徑小于發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的最大直徑，防止發(fā)動(dòng)機(jī)噴管對(duì)集氣環(huán)的抽吸。

所述集氣環(huán)的內(nèi)部圓環(huán)直徑范圍為引氣孔直徑的10～50倍，保持集氣環(huán)的燃?xì)夂侠淼呐蛎洝?/p>

所述排氣孔均布在集氣環(huán)外沿，排氣孔與集氣環(huán)上的引氣孔連線與垂直于航天器軸線的平面夾角均在[-45^°,45^°]范圍內(nèi)，形成徑向和斜向上游和斜向下游的燃?xì)鈬娏鳌?/p>

所述集氣環(huán)與發(fā)動(dòng)機(jī)噴管融合焊接而成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)、本發(fā)明在航行器發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中部安裝集氣環(huán)，采用引氣孔持續(xù)將小部分發(fā)動(dòng)機(jī)噴管內(nèi)的高壓高溫燃?xì)庖氲郊瘹猸h(huán)中，燃?xì)庠诩瘹猸h(huán)中燃?xì)獾玫脚蛎洠儆膳艢饪讓⒏邏焊邷厝細(xì)猓瑥陌l(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)面噴出，在尾部形成高壓區(qū)域，形成尾部高壓氣泡，從而提高尾部壓強(qiáng)，降低尾部阻力；

(2)、本發(fā)明在航行器尾部安裝防沖刷裙，從排氣孔噴出的高壓高溫燃?xì)獗环罌_刷裙遮擋，在發(fā)動(dòng)機(jī)底部聚集，防沖刷裙保護(hù)尾部高壓氣泡，減小上游對(duì)尾部氣泡的沖刷，保持尾部氣泡長時(shí)間穩(wěn)定，從而減少燃?xì)獾南模L時(shí)間減小尾部阻力；

(3)、本發(fā)明集氣環(huán)的多個(gè)排氣孔均布在集氣環(huán)外沿兩側(cè)45度范圍內(nèi)，形成徑向和斜向上游和斜向下游的燃?xì)鈬娏鳎瑖姵龅娜細(xì)饧性谖膊浚矢撸梢赃M(jìn)一步減少燃?xì)獾呐帕浚?/p>

(4)、本發(fā)明集氣環(huán)與發(fā)動(dòng)機(jī)噴管融合焊接，起到加強(qiáng)噴管中部強(qiáng)度的作用，解決由于發(fā)動(dòng)機(jī)噴管中部開孔帶來的強(qiáng)度下降問題；