[發明專利]一種變攻角的切割自由面水翼實驗模型

有效

• 申請號: 202110171069.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112964452B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 黃仁芳;王一偉;支玉昌;丘潤荻;黃晨光
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明提供一種變攻角的切割自由面水翼實驗模型，包括：支撐桿，頂端固定有連接板，底端固定有支撐圓盤；水翼，頂端固定有水翼圓盤；調節孔，在支撐圓盤和水翼圓盤上以圓心為原點，分別繪制兩個直徑不同的大圓和小圓，在平面坐標系與大圓和小圓相交的位置處分別開一個定位孔，在支撐圓盤上以各定位孔為中心，分別沿大圓和小圓在順時針和逆時針方向上分別開預定數量的攻角孔；在水翼圓盤上以各定位孔為中心，分別沿大圓和小圓在逆時針方向上分別開預定數量的攻角孔。本發明可實現對切割自由面水翼非定常通氣流動特性的研究，通過改變上下圓盤螺孔相對位置進行連接固定，從而可以定量精確地控制水翼的攻角。

技術領域

本發明涉及海洋船舶領域，特別是涉及一種用于在約束發射實驗中可變攻角的切割自由面水翼實驗模型。

背景技術

維護海洋權益是最重要的問題之一，在小型化、無人化的大趨勢下，新概念超高速水面航行器能夠更有效執行快速部署、長時警戒、攻擊與自衛等作戰任務，實現持續性海域控制，這也成為共識和競爭焦點之一。其中，快速性是此類水面航行器的關鍵性指標之一，逐漸成為各國研究的重點。

提高速度主要面臨阻力大、推力不足的困難，是航行器設計的關鍵瓶頸。阻力大的原因一方面是液態水的密度和粘性都遠高于空氣，會形成較大的水下壓差阻力與摩擦阻力；另一方面高速航行會引起水面的波動，產生的興波阻力在超高速航行條件下急劇增長，是提高航速的巨大障礙。對此，突破的方向是應用流體力學原理對結構與運行模式進行優化，達到高速、高可靠性的目的。例如，采用高升阻比主動控制的水翼，并且水面上層結構采用升力體設計，從而保證超高速航行時最大限度地抬升主體結構。

國外新概念水面高速航行器主要采用組合式的升力布局，以水翼作為主要的水下潛體部件，產生升力或浮力抬升艇體，從而達到減小興波阻力和粘性阻力的效果。然而，水翼切割自由液面時會出現自然通氣現象。由于自由面的強非線性，切割自由面水翼會產生自然通氣空泡，并伴隨著液滴飛濺、破碎。這是一種非常復雜的流動現象，是目前制約水面航行器速度提升的關鍵瓶頸。

在實驗室環境下，一般采用約束發射實驗裝置對切割自由面水翼通氣空泡流動進行機理研究。但由于實驗過程中水翼速度過大，水翼減速過程和發射過程沖擊力較大，傳統的攻角可變的水翼結構具有可靠性很差、易損壞、造價昂貴等缺點。

發明內容

本文發明的目的是提供一種用于在約束發射實驗中可變攻角的切割自由面水翼實驗模型。

具體地，本發明提供一種變攻角的切割自由面水翼實驗模型，包括：

支撐桿，頂端固定有用于和其它部件連接的連接板，底端固定有直徑大于桿身寬度的支撐圓盤；

水翼，為中心對稱的立體三角形，頂端固定有直徑與支撐圓盤直徑一致的水翼圓盤，水翼圓盤與支撐圓盤連接，連接后的水翼與支撐桿共軸心線；

調節孔，在支撐圓盤和水翼圓盤上以圓心為原點，確定平面坐標系，分別繪制兩個直徑不同的大圓和小圓，且小圓的直徑大于支撐桿和水翼的寬度，在平面坐標系與大圓和小圓相交的位置處分別開一個定位孔，在支撐圓盤上以各定位孔為中心，分別沿大圓和小圓在順時針和逆時針方向上以預定調節角度為標準分別開預定數量的攻角孔；在水翼圓盤上以各定位孔為中心，分別沿大圓和小圓在逆時針方向上以預定調節角度為標準分別開預定數量的攻角孔；大圓上各攻角孔之間的間隔距離小于小圓上各攻角孔之間的距離。

本發明可實現對切割自由面水翼非定常通氣流動特性的研究，通過改變上下圓盤螺孔相對位置進行連接固定，從而可以定量精確地控制水翼的攻角。實驗裝置結構簡單、緊湊，易于拆卸和移動，造價低廉，適用于切割自由面水翼約束發射實驗。此外還可通過改變水下水翼外形可以靈活地更換不同實驗研究模型，為切割自由面水翼非定常通氣流動特性研究提供可靠的實驗數據。

附圖說明

圖1是本發明一個實施方式的切割自由面水翼實驗模型示意圖；