CN105352704A - 一种可变锥角的圆锥空化器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变锥角的圆锥空化器，所述空化器安装在航行体的头部，包括一固定圆盘和多个滑动圆盘，能够通过改变圆锥空化器的锥角现实对空泡形态的稳定和实时控制，实现了对航行体在不同深度、不同速度下超空泡的控制。

Description

一种可变锥角的圆锥空化器
技术领域
本发明涉及水下航行体流体动力试验技术领域，尤其涉及一种可变锥角的圆锥空化器。
背景技术
利用新原理新技术突破现有水下航行体的技术瓶颈，一直是国内外众多学者孜孜以求的目标。空泡技术是目前水下航行体流体动力领域的重要关键技术。水下高速航行体利用人工通气技术在航行体表面形成包裹航行体的空泡，将航行体与水隔离形成类似空中的飞行环境，可达到90％的减阻效果。水下高速航行体航行过程中，模型大部分被空化器诱导产生的超空泡包裹，空化器的几何外形决定了空泡形态，为了稳定控制航行体在不同深度、不同速度下稳定航行，需要超空泡维持在一定尺度下，因此需要对空泡进行稳定控制。
目前通常通过改变通气量来控制空泡形态，但无法实现实时控制，难度极大，造成了水下高速航行体超空泡稳定控制难题。
此外，水下航行体领域还普遍存在着进水装置和俯仰、偏航控制装置功能单一，过多占用空间以及分装置结构设计对水下航行体整体设计提出更高要求等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供了一种可变锥角的圆锥空化器，能够通过改变圆锥空化器的锥角现实对空泡形态的实时控制和稳定控制，实现了对航行体在不同深度、不同速度下超空泡的控制；
进一步的，能够实现航行体进水通道与圆锥空化器的一体化设计，有效节约了空间成本，提高了设备的集成度；
进一步的，能够实现对航行体俯仰、偏航的控制，进一步提高了设备的集成度，确保航行体在不同深度、不同速度下航行的稳定性。
本发明包括如下技术方案：
本发明提供一种可变锥角的圆锥空化器，所述空化器安装在航行体的头部，包括一固定圆盘和多个滑动圆盘，所述固定圆盘和滑动圆盘的中心套设一管路，所述固定圆盘固定设置于所述管路的前端，所述管路的后端延伸至所述航行体内部；
当多个滑动圆盘向所述管路的前端移动到位置A时，所述多个滑动圆盘相互接触靠近且与所述固定圆盘接触靠近，所述固定圆盘与所述多个滑动圆盘形成一圆锥台形状A，所述圆锥台形状A的锥角为α，其中，所述固定圆盘的上底面作为所述圆锥台形状A的上底面，所述多个滑动圆盘中最远离所述固定圆盘的滑动圆盘的下底面作为所述圆锥台形状A的下底面；
当多个滑动圆盘向所述管路的后端移动最大距离到位置B时，所述多个滑动圆盘之间以及所述多个滑动圆盘与所述固定圆盘之间呈等间距分布，所述固定圆盘与所述多个滑动圆盘形成一圆锥台形状B，所述圆锥台形状B的锥角为β，其中α>β。
进一步的，所述管路为一进水管路，其内部中空且在前后端开孔，水从前端开孔进入进水管路，所述进水管路后端延伸至所述航行体内部以向所述航行体进水。
进一步的，所述固定圆盘的下底面直径为D1，所述多个滑动圆盘中最远离所述固定圆盘的滑动圆盘的下底面直径为D2，D1与D2满足条件：2.5D1≤D2≤3.5D1。
进一步的，所述滑动圆盘的数量为3-5个。
进一步的，锥角α满足条件：60°≤α≤75°，锥角β满足条件：30°≤β＜α。
进一步的，所述多个滑动圆盘可在所述位置A和位置B之间连续移动和保持，在所述保持时，所述固定圆盘与所述多个滑动圆盘形成的圆锥台形状的锥角大于β且小于α。
进一步的，所述多个滑动圆盘在所述连续移动和保持时，所述多个滑动圆盘之间以及所述多个滑动圆盘与所述固定圆盘之间基本保持等间距分布。
进一步的，所述空化器还包括致动电机和制动电机，所述致动电机用于驱动所述多个滑动圆盘从A位置到B位置的连续移动，所述制动电机用于所述多个滑动圆盘在A位置、B位置以及A、B之间位置的位置保持。
进一步的，所述空化器还包括摆动电机，所述摆动电机用于控制所述空化器整体摆动以对航行体进行俯仰、偏航控制。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明圆锥空化器由多个可变间距的圆盘组成，通过改变圆盘间距可实现锥角的改变，现实对空泡形态的稳定和实时控制；
(2)本发明圆锥空化器的圆盘中心设置进水通道，从而实现进水通道与圆锥空化器的一体化设计，在实现空化器功能的同时，兼具向航行体实现稳定进水作为水冲压发动机氧化剂的功能，提高了设备的集成度；
(3)本发明通过设置摆动电机用于控制圆锥空化器整体摆动以对航行体进行俯仰、偏航控制，进一步提高了圆锥空化器的集成度，确保航行体在不同深度、不同速度下航行的稳定性。
附图说明
图1为本发明空化器的多个滑动圆盘移动到位置A时的剖面结构示意图；
图2为本发明空化器的多个滑动圆盘移动到位置B时的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
本发明提供了一种可变锥角的圆锥空化器，圆锥空化器由多个共轴层叠可变间距的圆盘组成，通过调整圆盘间距可实现圆锥空化器锥角的改变，进而可以改变超空泡形态及航行体水动力。
参见图1、2，所述空化器安装在水下高速航行体的头部，包括一固定圆盘1和多个滑动圆盘2。在空化器的底部为航行体的导流装置4和通气管路5。
所述固定圆盘1和滑动圆盘2的中心套设一管路3，所述固定圆盘1固定设置于所述管路3的前端，所述管路3的后端延伸至所述航行体内部；
管路3的作用在于提供所述空化器与航行体之间的连接，以将空化器设置在航行体的头部。优选的，所述管路3为一进水管路，其内部中空且在前后端开孔，水从所述前端开孔进入进水管路，所述进水管路后端延伸至所述航行体内部以向所述航行体实现稳定进水作为水冲压发动机氧化剂。
参见图1，当多个滑动圆盘2向所述管路3的前端移动到位置A时，所述多个滑动圆盘2相互接触靠近且与所述固定圆盘1接触靠近，所述固定圆盘1与所述多个滑动圆盘2形成一圆锥台形状A，所述圆锥台形状A的锥角为α；其中，所述固定圆盘1的上底面作为所述圆锥台形状A的上底面，所述多个滑动圆盘2中最远离所述固定圆盘1的滑动圆盘的下底面作为所述圆锥台形状A的下底面。
参见图2，当多个滑动圆盘2向所述管路3的后端(图1、2中的x方向)移动最大距离到位置B时，所述多个滑动圆盘2之间以及所述多个滑动圆盘2与所述固定圆盘1之间呈等间距分布，所述固定圆盘1与所述多个滑动圆盘2形成一圆锥台形状B，所述圆锥台形状B的锥角为β，其中α>β，当锥角从α变为β后，空化器的阻力减小、法向控制力增加，空泡形态随之改变，可实现在不同深度、不同速度下可对水下超空泡进行控制，进而对超空泡航行体控制。
优选的，所述多个滑动圆盘2的数量为3-5个；
设所述固定圆盘1的下底面直径为D1，所述多个滑动圆盘2中最远离所述固定圆盘1的滑动圆盘的下底面直径为D2，D1与D2优选满足条件：2.5D1≤D2≤3.5D1；
优选的，锥角α满足条件：60°≤α≤75°，锥角β满足条件：30°≤β＜α；
所述多个滑动圆盘2可在所述位置A和位置B之间连续移动和保持，在所述保持时，所述固定圆盘1与所述多个滑动圆盘2形成的圆锥台形状的锥角大于β且小于α；
优选的，所述多个滑动圆盘2在所述连续移动和保持时，所述多个滑动圆盘2之间以及所述多个滑动圆盘2与所述固定圆盘1之间基本保持等间距分布。多个滑动圆盘2在所述连续移动不均匀性会带来对高速运行的航行体的俯仰、偏航等航行状态带来不稳定的扰动，保持的不均匀性还会带来形成锥角的不标准性，因而对不同深度、不同速度下水下超空泡航行体的稳定控制造成影响。
所述空化器还包括致动电机和制动电机，所述致动电机用于驱动所述多个滑动圆盘2从A位置到B位置的连续移动，所述制动电机用于所述多个滑动圆盘2在A位置、B位置以及A、B之间位置的位置保持。
此外，空化器还可以包括摆动电机，所述摆动电机用于控制所述圆锥空化器整体摆动以对航行体进行俯仰、偏航控制。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种可变锥角的圆锥空化器，所述空化器安装在航行体的头部，包括一固定圆盘和多个滑动圆盘，所述固定圆盘和滑动圆盘的中心套设一管路，所述固定圆盘固定设置于所述管路的前端，所述管路的后端延伸至所述航行体内部；
当多个滑动圆盘向所述管路的前端移动到位置A时，所述多个滑动圆盘相互接触靠近且与所述固定圆盘接触靠近，所述固定圆盘与所述多个滑动圆盘形成一圆锥台形状A，所述圆锥台形状A的锥角为α，其中，所述固定圆盘的上底面作为所述圆锥台形状A的上底面，所述多个滑动圆盘中最远离所述固定圆盘的滑动圆盘的下底面作为所述圆锥台形状A的下底面；
当多个滑动圆盘向所述管路的后端移动最大距离到位置B时，所述多个滑动圆盘之间以及所述多个滑动圆盘与所述固定圆盘之间呈等间距分布，所述固定圆盘与所述多个滑动圆盘形成一圆锥台形状B，所述圆锥台形状B的锥角为β，其中α>β。
2.如权利要求1所述的可变锥角的圆锥空化器，其特征在于：所述管路为一进水管路，其内部中空且在前后端开孔，水从前端开孔进入进水管路，所述进水管路后端延伸至所述航行体内部以向所述航行体进水。
3.如权利要求1所述的可变锥角的圆锥空化器，其特征在于：所述固定圆盘的下底面直径为D1，所述多个滑动圆盘中最远离所述固定圆盘的滑动圆盘的下底面直径为D2，D1与D2满足条件：2.5D1≤D2≤3.5D1。
4.如权利要求1所述的可变锥角的圆锥空化器，其特征在于：所述滑动圆盘的数量为3-5个。
5.如权利要求1所述的可变锥角的圆锥空化器，其特征在于：锥角α满足条件：60°≤α≤75°，锥角β满足条件：30°≤β＜α。
6.如权利要求1所述的可变锥角的圆锥空化器，其特征在于:所述多个滑动圆盘可在所述位置A和位置B之间连续移动和保持，在所述保持时，所述固定圆盘与所述多个滑动圆盘形成的圆锥台形状的锥角大于β且小于α。
7.如权利要求6所述的可变锥角的圆锥空化器，其特征在于：所述多个滑动圆盘在所述连续移动和保持时，所述多个滑动圆盘之间以及所述多个滑动圆盘与所述固定圆盘之间基本保持等间距分布。
8.如权利要求1或6所述的可变锥角的圆锥空化器，其特征在于：所述空化器还包括致动电机和制动电机，所述致动电机用于驱动所述多个滑动圆盘从A位置到B位置的连续移动，所述制动电机用于所述多个滑动圆盘在A位置、B位置以及A、B之间位置的位置保持。
9.如权利要求1或6所述的可变锥角的圆锥空化器，其特征在于：所述空化器还包括摆动电机，所述摆动电机用于控制所述空化器整体摆动以对航行体进行俯仰、偏航控制。
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