[發明專利]一種基于直舵前置流體動力布局的強機動性超空泡航行器

有效

• 申請號: 202010631314.7
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111959674B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 李代金;李馮杰;黃闖;羅凱;黨建軍;秦侃
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B63B1/38
• 分類號: B63B1/38
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了一種基于直舵前置流體動力布局的強機動性超空泡航行器，包括圓錐空化器，圓錐空化器依次連接連接段、前錐段、圓柱段、尾噴段，前錐段、圓柱段、尾噴段均為空心結構，連接段上沿垂直方向穿接舵片，舵片包括三個部分，位于連接段內部部分截面為矩形，兩端部截面為直角三棱柱形；舵片的直角三棱柱形中短邊對應的銳角為舵角，入水后由舵片沾濕面積可控，通過改變舵片有效區域長度和改變舵角來改變機動性，從而達到大大增強機動性的效果。

技術領域

本發明屬于超空泡航行器技術領域，具體涉及一種基于直舵前置流體動力布局的強機動性超空泡航行器。

背景技術

現代海戰對水中兵器提出了高航速、遠航程、大深度和智能化等的期望。超空泡技術可以大幅減小水下航行體的阻力,提高水下武器的速度及戰斗力,因此對超空泡航行體的研究具有重要的戰略意義和軍事應用價值。

對于常規布局的超空泡水下航行器，在航行器后部、發動機長尾管前方布置一對上下直舵，該直舵可用于航向控制，對它們復合差動動作即可同時完成橫滾控制功能。該模式在弱機動航行條件，工程實現相對簡單。但同時也存在不足之處，具體表現為：1、直舵后置的流體動力布局會造成舵效不足，僅用來修正航向是可行的，而對于強機動航行的超空泡航行器已不再適合。2、若通氣量控制不足夠準確，致使超空泡不能閉合在控制面之前的圓柱段上，當航行器存在攻角時，會引起上下控制面對于超空泡的穿刺程度不同，操直舵時會造成上下側向力不平衡，進而產生橫滾力矩。

基于上述原因，在超空泡航行器領域如何能提高航行器機動性以及降低航行器阻力是一件迫在眉睫的事。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于直舵前置流體動力布局的強機動性超空泡航行器，解決了現有的超空泡航行器由于直舵后置的流體動力布局造成的舵效不足，空泡未完全閉合在控制面前導致的上下側向力不平衡進而產生橫滾力矩的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種基于直舵前置流體動力布局的強機動性超空泡航行器，包括圓錐空化器，圓錐空化器依次連接連接段、前錐段、圓柱段、尾噴段，前錐段、圓柱段、尾噴段均為空心結構，連接段上沿垂直方向穿接舵片，舵片包括三個部分，位于連接段內部部分截面為矩形，兩端部截面為直角三棱柱形。

本發明的特點還在于：

舵片的直角三棱柱形的短邊對應銳角作為舵角，舵片長度即展長的設計過程為：

根據超空泡前部空泡流型公式：

其中，Rn是空化器半徑，x距離空化器的距離，R(x)是距離空化器x處空泡半徑。

已知舵片前端距離空化器底面距離、舵片后端面距離空化器底面以及所需形成的空泡半徑，根據超空泡前部空泡流型公式分別計算出高出空泡器半徑，在保證失效面積的前提下，計算舵片失效展長；

在試驗模型內預設舵角，利用舵角、所需升力進行仿真計算得到舵片有效展長；

舵片失效展長與舵片有效展長之和為舵片長度即展長。

前錐段為圓臺狀，直徑小的一端中部通過螺紋連接連接段，前錐段直徑小的端面開設一圈通氣孔。

通氣孔直徑為前錐段端面直徑的1/10。

舵片通過頂絲連接連接段。

尾噴段直徑為圓柱段直徑的1/2。

本發明的有益效果是：