CN101559821B - 可变侧向力空化器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种可变侧向力空化器。它包括前端锥形空化器，在前端锥形空化器后设置圆环形控制元件，圆环形控制元件分成2-4瓣，每瓣圆环形控制元件的连接处设置有相互插接的圆弧形钢片，在前端锥形空化器中安装的可动元件，可动元件是由锥形可动部分和圆柱操纵杆组成，锥形可动部分和圆柱操纵杆分成与圆环形控制元件的份数相等的瓣，圆柱操纵杆控制圆锥部分的横向位移。本发明可以控制空化器上的阻力系数和升力系数，改变航行体俯仰力和偏航力，可操作性强，结构简单。
Description
(一)技术领域
本发明涉及的是一种水下运动装置，具体地说是一种调节水下航行体侧向力的可变空化器。
(二)背景技术
传统的变阻力空化器通过改变空化器外形得到超空泡几何形状及空化器阻力系数变化。变阻力空化器理论上可以比较快速的改变航行体阻力和空泡尺寸，然而由于空化器顶部集中了整个超空泡航行体上百米运动速度降为零的总压阻力，要想获得良好的控制效果，需要其控制机构能够提供数十万牛顿的力，这一控制方法很难实施。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种可以控制空化器上的阻力系数和升力系数，改变航行体俯仰力和偏航力，可操作性强，结构简单的可变侧向力空化器。
本发明的目的是这样实现的：
它包括前端锥形空化器，在前端锥形空化器后设置圆环形控制元件，圆环形控制元件分成2-4瓣，每瓣圆环形控制元件的连接处设置有相互插接的圆弧形钢片，在前端锥形空化器中安装的可动元件，可动元件是由锥形可动部分和圆柱操纵杆组成，锥形可动部分和圆柱操纵杆分成与圆环形控制元件的份数相等的瓣，圆柱操纵杆控制圆锥部分的横向位移。
本发明还可以包括：
1、所述的圆环形控制元件、可动元件的锥形可动部分和圆柱操纵杆分别被分成四瓣。
2、可动元件的锥形可动部分和圆柱操纵杆的交界处设置环形挡板。
考虑到航行体侧面的压力较低，且通过增加空化器有效面积同样可以改变航行体受力，从而使空泡尺寸发生变化，达到调节的作用，在设计中如使控制元件不对称，可以方便的改变航行体的侧向力，这也是控制航行体运动姿态的一种重要方式。本发明在前端锥形空化器中安装一直径小于Dn的可动元件，可动元件由锥形可动部分和圆柱操纵杆组成，四瓣圆柱操纵杆分别控制四瓣圆锥部分的横向位移，从而改变控制元件的周向位移hn值，使空化器有效工作面积变化，进而改变空泡尺寸。当可动元件任意两侧位移不一致时，控制元件具有不对称性，前端锥形空化器产生不对称受力，使空泡形态发生变化，可以有效的控制航行体运动姿态。
本发明的有益效果是：可以控制空化器上的阻力系数和升力系数，改变航行体俯仰力和偏航力，可操作性强，结构简单。
(四)附图说明
图1a是本发明的结构示意；图1b是图1a的左视图；图1c是图1a的A-A剖视图；图1d是弧形钢片与控制元件的连接关系图。
图2a是可变侧向力空化器第一个实施方案的结构示意图；图2b是2a的左视图；图2c是2a的剖视图；图2d是本实施方式对应的空泡示意图。
图3a是可变侧向力空化器第二个实施方案的结构示意图；图3b是3a的左视图；图3c是3a的剖视图；图3d是本实施方式对应的空泡示意图。
图4a是可变侧向力空化器第三个实施方案的结构示意图；图4b是4a的左视图；图4c是4a的剖视图；图4d是本实施方式对应的空泡示意图。
图5a是可变侧向力空化器第四个实施方案的结构示意图；图5b是5a的左视图；图5c是5a的剖视图；图5d是本实施方式对应的空泡示意图。
图6a是可变侧向力空化器第五个实施方案的结构示意图；图6b是6a的左视图；图6c是6a的剖视图。
图7a是可变侧向力空化器第六个实施方案的结构示意图；图7b是7a的左视图；图7c是7a的剖视图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明的可变侧向力空化器的组成包括前端锥形空化器1、控制元件2、可动元件3、可动弧形钢片4和环形挡板5。
在前端锥形空化器中安装一直径小于Dn的可动元件，可动元件由锥形可动部分和圆柱操纵杆组成，四瓣圆柱操纵杆分别控制四瓣圆锥部分的横向位移，从而改变控制元件的周向位移hn值，使空化器有效工作面积变化，进而改变空泡尺寸。当可动元件任意两侧位移不一致时，控制元件具有不对称性，前端锥形空化器产生不对称受力，使空泡形态发生变化，可以有效的控制航行体运动姿态。
在图1a和图1b中，可动元件3通过横向运动改变控制元件2的纵向和侧向位置，使空化器有效直径发生变化，从而改变空化器的有效工作面积，使空泡外形变化。可动元件3的四瓣圆柱操纵杆分别控制四瓣锥形可动部分的横向位移，从而改变元件2四瓣21、22、23和24的相对位置，为航行体提供俯仰力和偏航力。
结合图2a至图2d，控制元件2位于航行体内部，hn＝0。此时元件2的四瓣21、22、23和24与可动元件3最前端接触，由于元件3的圆柱操纵杆正好卡在模型末端，可以固定元件3，不让元件2滑动。弧形钢片41～48被完全包含在元件2的四瓣21、22、23和24内部，钢片42和43、44和45、46和47以及48和41相互重合，相对位移为0。元件2轴对称，前端锥形空化器有效直径为Dn。空泡轴对称，空泡尺寸由空化器有效直径确定。
结合图3a至图3d，控制元件2的四瓣21、22、23和24位于可动元3末端，其纵向和侧向位移达到最大值hnmax，环形挡板5可以卡住元件2避免其滑落。图3b中，弧形钢片42和43、44和45、46和47以及48和41分别相接，相对滑动距离为一个钢片的长度。元件2轴对称，前端锥形空化器有效直径为Dn+2hnmax。空泡轴对称，空泡尺寸最大。
结合图4a至图4d，控制元件2上侧两瓣21、22的纵向位移hsn大于下侧两瓣23、24的位移hxn；图4b中，弧形钢片41～44的滑动距离大于45～48。元件2上下两侧不对称，空化器上产生升力。空泡轴线向上偏移，空泡尾部上翘。
结合图5a至图5d，控制元件2下侧两瓣23、24的纵向位移hxn大于上侧两瓣21、22的位移hsn；图5b中，弧形钢片45～48的滑动距离大于41～44。元件2上下两侧不对称，空化器上产生升力。空泡轴线向下偏移，空泡尾部下飘。
结合图6a至图6c，控制元件2左侧两瓣22、23的侧向位移hzn大于右侧两瓣21、24的位移hyn；弧形钢片43～46的滑动距离大于41～42、47～48。元件2左右两侧不对称，空化器上产生偏航力。
结合图7a至图7c，控制元件2右侧两瓣21、24的侧向位移hyn大于左侧两瓣22、23的位移hzn；弧形钢片41～42、47～48的滑动距离大于43～46。元件2左右两侧不对称，空化器上产生偏航力。
由于伸出的控制元件影响了压力系数分布的对称性，使得压力系数等值线向下偏移，上下两侧的压力系数分布不对称，在空化器上产生了相对阻力系数30％以上的升力，该升力导致空泡略微向上漂移。此外从压力系数分布可以看出控制元件外表面的压力非常低，可以保证该控制元件的可操作性。
Claims (3)
1.一种可变侧向力空化器，它包括前端锥形空化器，其特征是：在前端锥形空化器后设置圆环形控制元件，圆环形控制元件分成2-4瓣，每瓣圆环形控制元件的连接处设置有相互插接的圆弧形钢片，在前端锥形空化器中安装的可动元件，可动元件是由锥形可动部分和圆柱操纵杆组成，锥形可动部分和圆柱操纵杆分成与圆环形控制元件的份数相等的瓣，圆柱操纵杆控制锥形可动部分的横向位移。
2.根据权利要求1所述的可变侧向力空化器，其特征是：所述的圆环形控制元件、可动元件的锥形可动部分和圆柱操纵杆分别被分成四瓣。
3.根据权利要求1或2所述的可变侧向力空化器，其特征是：可动元件的锥形可动部分和圆柱操纵杆的交界处设置环形挡板。
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