[發(fā)明專利]一種阻力自適應(yīng)可變結(jié)構(gòu)空化器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710476019.7
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107310687B
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 栗夫園;李國中;馬增帥;趙海龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京機(jī)械設(shè)備研究所
• 主分類號: B63B1/38
• 分類號: B63B1/38
• 代理公司: 北京天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 龐許倩;馬東偉

本發(fā)明公開了一種阻力自適應(yīng)可變結(jié)構(gòu)空化器，主要包括錐形空化器部件、可移動部件和彈性部件，錐形空化器部件包括圓錐形頭部和圓柱形尾部，圓柱形尾部與所述圓錐形頭部的底面相連；彈性部件位于所述圓柱形尾部上，且位于遠(yuǎn)離圓錐形頭部的一端；所述可移動部件包繞在所述錐形空化器的外側(cè)，并能夠在所述圓柱形尾部滑動。本發(fā)明的有益效果：在航行器不同的航速和航深下，通過阻力調(diào)整結(jié)構(gòu)，有效保持空泡的尺度，從而使航行器受力穩(wěn)定，減小航行器因速度變化造成的沾濕狀態(tài)的劇烈變化；降低了空化數(shù)的變化對阻力的影響，減小航行器的阻力波動范圍；在受到入水沖擊時，通過彈性材料改變結(jié)構(gòu)，增加航行器的緩沖時間，減小入水沖擊力，提高入水安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超空泡技術(shù)中的空化器設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種阻力自適應(yīng)可變結(jié)構(gòu)空化器。

背景技術(shù)

水下航行器在速度達(dá)到一定值時，由于表面上壓力分布的變化，在部分位置可能造成壓力小于水的蒸汽壓，使水由液態(tài)轉(zhuǎn)換為氣態(tài)，覆蓋在航行器表面。利用這個原理，各國對其水下減阻能力進(jìn)行了研究，并研制出了超空泡航行器。

超空泡航行器的大部分表面被空泡包裹，從而減小了阻力。頭部用來穩(wěn)定產(chǎn)生空泡的部件是空化器，也是整個航行器最重要的與水保持穩(wěn)定接觸的部分。

空化器是水下超高速航行器上最重要的部件之一。它被用來產(chǎn)生穩(wěn)定的空泡，包裹航行器，從而減小航行器的阻力，提高航行器速度。當(dāng)前使用的空化器，主要都是固定外形結(jié)構(gòu)的空化器，如圓盤空化器、圓錐空化器等；已知的國內(nèi)外研究的超空泡航行器上使用的都是圓盤空化器或者錐形空化器。

目前國內(nèi)外對兩種空化器的流體動力特性研究的比較多，其流體動力特性也較為清楚。但對于其它結(jié)構(gòu)外形的空化器研究的相對較少。

相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員在空化器傾斜角對超空泡流影響的三維數(shù)值仿真研究中曾對圓盤空化器與錐形空化器的組合結(jié)構(gòu)的流體動力特性進(jìn)行了研究，其研究結(jié)果表明，利用錐形空化器與圓盤空化器的組合，能夠改變其流體動力，使其流體動力參數(shù)在圓盤空化器與錐形空化器之間變化；其研究主要針對固定結(jié)構(gòu)空化器的流體動力，對其實際應(yīng)用需要的技術(shù)沒有進(jìn)一步研究。

現(xiàn)有技術(shù)中，空化器的結(jié)構(gòu)一般為圓盤空化器和錐形空化器，由于其結(jié)構(gòu)在航行器的不同狀態(tài)下保持不變，設(shè)計空泡流型時，通常只是使空泡的尺度滿足航行器巡航狀態(tài)的要求；而在不同航行狀態(tài)下，航行器的空化數(shù)會產(chǎn)生變化，使空泡尺度隨著變化，比如速度增大時，空化數(shù)減小，從而造成空泡尺度增大；速度減小時，空化數(shù)增大，空泡尺度減小；而這種空泡尺度的增大是以增加航行器阻力為代價的，且增大的空泡尺度對航行器并沒有其他益處；空泡尺度的減小則可能使空泡無法包裹住航行器，增大航行器沾濕面，使超空泡航行器阻力增大，甚至造成航行器失穩(wěn)；因此，現(xiàn)有的空化器結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)變速度超空泡航行器的實際需要，無法使超空泡的減阻效果達(dá)到最好；即使錐形空化器與圓盤空化器的固定組合結(jié)構(gòu)，其流體動力參數(shù)也是固定不變的，難以適應(yīng)速度或深度變化，造成空化數(shù)、空泡尺度變化給航行器帶來的不利影響。現(xiàn)有技術(shù)中往往是利用通過對超空泡航行器的空泡內(nèi)通氣，可以改變空化數(shù)，從而改變空泡尺度；空泡內(nèi)通氣的方法對于穩(wěn)定空泡形態(tài)有重要意義，通常超空泡航行器都必須有通氣裝置，但是由于通氣量的大小與空泡形態(tài)之間的精確關(guān)系難以確定，且通氣量過大時還會造成空泡形態(tài)的失穩(wěn)；因此，目前空泡內(nèi)通氣的方法僅用于引導(dǎo)超空泡的生成，以及保持空泡的持續(xù)穩(wěn)定生成，用改變通氣量來控制空泡尺度的方法是難以實現(xiàn)的。

固定結(jié)構(gòu)的空化器在使用過程中，有以下不足：

第一、在航行器航行過程中速度變化，或者深度變化時，空泡大小也會隨之變化，而為了包裹航行器所需要的空泡大小是不變的；過大的空泡意味著航行器阻力的增大；過小的空泡則意味著航行器沒有被完全包裹，沒有完全達(dá)到減阻的目的；

第二、固定結(jié)構(gòu)的空化器在入水時的沖擊下，載荷非常大，而結(jié)構(gòu)本身強度相對較弱，不利于航行器入水；尤其是超空泡射彈，入水速度極高，射彈頭部也更容易產(chǎn)生變形損壞。

發(fā)明內(nèi)容