[發明專利]一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置

在審

• 申請號: 201710036816.3
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106839902A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張輝;江代文;劉夢珂;韓洋
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: F42B19/12
• 分類號: F42B19/12
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 王瑋

技術領域

本發明涉及流動控制領域，具體是一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置。

背景技術

當水下航行體高速運動時，在一定條件下會產生空泡現象。空泡現象通常是指在液體流場的低壓區，當其局部壓力達到液體的飽和蒸汽壓時, 液體介質因氣化而出現“空洞”, 我們把這一“空洞”稱為“空泡”。一般而言，對于流場包裹的水下航行體，當產生的空泡長度小于該航行體長度時稱為局部空泡；而當產生的空泡長度達到或超過該航行體的長度時稱為超空泡。

超空泡由于尺度大于航行體，將整個航行體包裹在其內部，使得航行體與水體的接觸面積減到最小，從而大大降低了水體對航行體的粘性阻力，減阻率可達90%以上。自二十世紀50年代以來，各國已開始著手研究超空泡技術來為魚雷、水下射彈增加射速與射程，如蘇聯海軍在1977年推出一種火箭推進魚雷, 這種叫“暴風” (也有翻譯叫“颶風”)的魚雷航行時被包在一個自動生成的氣體空泡中, 能以100m /s的速度破水“飛行”，航程可達15Km。

對于帶空泡的水下航行體的運動隨著速度的衰減存在四種穩定模式：（1）與空泡內的蒸汽及射流相互作用（航速約 900m/s～1000m/s 或更高）。（2）與空泡邊界發生碰撞作用（航速約 300m/s～900m/s）。（3）沿著空泡內壁滑移（航速約50m/s～200m/s）（4）雙空泡流動狀態（航速約 0～ 70m/s）。對于前三種狀態，整個航行體都被包裹在空泡中，處于超空泡狀態，而當由狀態（3）進入狀態（4）時，隨著速度的衰減，空泡從航行體中后部開始向頭部和尾部萎縮，形成頭部和尾部兩個局部空泡，沾濕面積增大，阻力增大。

中國專利200710038780.9公開了一種水下航行體電磁加熱空化裝置，該裝置利用電流使分子高速無規則運動，分子互相碰撞、摩擦而產生熱能，溫度迅速升高，使得空化器的溫度提高，導致空化器周圍的水溫達到或超過汽化溫度而發生汽化，從而在航行體周圍形成氣泡。這種方式在航行體高速運動下對水流加熱效率低，適用范圍窄，同時對產生的電磁力未加以控制，應用不善會導致增阻。

中國專利201510884379.1公開了一種人工通氣超空泡魚雷的減阻—推進一體化構型，改變傳統的魚雷結構，去掉了傳統結構中頭部的空泡發生器，改為

將魚雷的頭部做為平面，去掉位于魚雷尾部的發動機噴管，改為四個小型發動機噴管，設置在魚雷的前端。這種方式對魚雷外形改動大，發動機噴管設置在前端易導致魚雷動力不足，適用范圍窄。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置，通過利用電流對電解質（海水）的電解作用以及電磁力對電流的力學作用，優化超空泡水下航行體的設計，延長超空泡的持續時間并增加動力，達到有效減阻增加航速與航程的目的。

實現本發明的技術解決方案為：一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置，包括若干環形單元，環形單元安裝在航行體尾部，單元沿航行體軸向緊密排列，每個單元的磁體和電極的排布對應一致。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：（1）本發明電極設計思路能在電極接觸海水（電解質）時，對海水產生電離作用從而產生氣泡，補充氣囊，增加超空泡的持續時間從而減阻增程。（2）本發明在航行體后期超空泡萎縮，導致與海水接觸電極時才會通電工作，而在航行體前期超空泡完整時，不接觸海水不工作。被動實時觸發，節省電能。（3）本發明的磁體排布方式能使磁場對通電的海水產生向航行體尾部的推力，從而增加航行體的動力。（4）整體裝置嵌在航行體中，不改變航行體的基本外形，應用范圍廣。

附圖說明

圖1為本發明用于高速水下航行體的電磁減阻裝置的整體結構示意圖。

圖2為本發明用于高速水下航行體的電磁減阻裝置中磁體與電極的局部示意圖（徑向視圖a與軸向剖視圖b）。

具體實施方式

本發明一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置，包括磁體5、電極6、固定框7、直流電源8，磁體的磁極方向與航行體徑向平行，若干個磁體和若干個電極繞航行體依次間隔設置成環形排列，相鄰的兩個磁體頂部極性相反。電極的高度等于磁體的高度，電極和磁體設有固定框，通過固定框將裝置固連，同時將本裝置與航行體外殼、磁體與電極隔離，若干個電極分別通過導線與航行體內的直流電源連接。整體嵌在航行體中，不改變航行體的基本外形。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。