CN105620653A - 一种水面通气双气泡高速航行运动体结构 - Google Patents

一种水面通气双气泡高速航行运动体结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水面通气双气泡高速航行运动体结构，运动体上表面设置有两个空气压缩机，每个空气压缩机的输出端连接有通气管路，运动体下端对称设置两个锥柱组合体，每个所述锥柱组合体的头部安装有空化器和整流装置，每个所述锥柱组合体的尾部安装有尾部控制舵面，所述通气管路的端部伸入至对应的锥柱组合体内部。本发明在运动体底部形成椭圆形双空泡多相流，来实现水面运动体的高速航行，能够解决目前空泡多相流技术在水面运动体上应用的技术困难，本发明结构简单、成本低且容易实现。

Description

一种水面通气双气泡高速航行运动体结构
技术领域
本发明涉及一种水下航行运动体结构，尤其涉及一种水面通气双气泡高速航行运动体结构，属于水面高速航行运动体结构技术领域。
背景技术
依据2006美国理论和应用力学的会议报告，当摩擦阻力下降10％，仅仅海洋运输就能节约十亿美元。所以水面运动体能够降低摩擦阻力，可大量提高运载效率和节约运输成本。由于水面运动体与大气接触，很容易获得通气所需的空气。因此，采用通气形成多相流条件，实现运动体减阻是一个主要的发展方向。
目前通过通气形成气泡来减低运动体阻力，主要通过壁面空泡技术，一是壁面超空泡多相流；另外是壁面空泡族多相流。由于壁面空泡多相流必须考虑边界层和表面张力的影响，所以壁面空泡多相流的形成和维持机理是不同于无界流中的空泡多相流。同时壁面空泡多相流将会与气垫船一样存在气体大量外泄的情况，如果采用类似气垫船的围裙系统将增加空泡多相流技术在运动体，特别是小型运动体上的应用难度。
发明内容
本发明的目的是为了利用通气形成空泡，达到为水面运动体减阻实现高速航行而提供一种水面通气双气泡高速航行运动体结构。
本发明的目的是这样实现的：运动体上表面设置有两个空气压缩机，每个空气压缩机的输出端连接有通气管路，运动体下端对称设置两个锥柱组合体，每个所述锥柱组合体的头部安装有空化器和整流装置，每个所述锥柱组合体的尾部安装有尾部控制舵面，所述通气管路的端部伸入至对应的锥柱组合体内部。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述尾部控制舵面的剖面形状是楔形。
2.所述通气管路为L型管路，且通气管路的水平段的轴线与锥柱组合体的轴线片平行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)由于空气压缩装置安装在运动体上表面，可以容易获得气源，供气方便，极易实现减低摩擦阻力；(2)通过形成双气泡多相流界面实现减阻，结构简单，气体泄漏很少，稳定可靠；(3)借助双气泡多相流与锥柱组合体尾部控制舵面和空化器联合作用可很好实现对运动体的控制。也即本发明提出一种水面通气双气泡高速航行运动体结构，该结构完全不同于壁面空泡多相流，它通过运动体表面的空气压缩机，见水表面的空气压缩，通过通气管路输送到运动体底面的两个锥柱组合体头部，通过空化器和整流装置通出，最后形成两个完整的气泡多相流结构，实现水面运动体的高速航行。本发明在运动体底部形成椭圆形双空泡多相流，来实现水面运动体的高速航行，能够解决目前空泡多相流技术在水面运动体上应用的技术困难，本发明结构简单、成本低且容易实现。
附图说明
图1是本发明的整体结构方案示意图；
图2是本发明的受力示意图；
图3是本发明的各部分连接关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明提出了一种水面通气双气泡高速航行运动体结构，方案图见附图1-3。图中各编号具体名称如下：1—空化器；2—整流装置；3—锥柱组合体；4—尾部控制舵面；5—运动体上表面；6—压缩气体装置；7—通气管路；8—气泡多相流界面。
本发明的具体连接形式见图3，在运动体底部由两个锥柱组合体3支撑，平常情况只有这两个锥柱组合体与水接触。在锥柱组合体头部(锥形体的端部)安装有可以转动的空化器1及通气整流装置2，空化器主要功能用于形成和控制空泡形状，实现减阻。在锥柱组合体尾部(柱形体的端部)安装有尾部控制舵面4，剖面形状为楔形，该结构可实现对运动体的稳定和控制。运动体通过调节空化器和尾部控制舵面的姿态改变运动体的受力特性来稳定和控制运动。两个锥柱组合体通过楔形剖面的翼结构连接运动体本体。
凭借容易获得压缩气体的优势，并通过空化器形成两个椭球形的气泡多相流界面8将锥柱组合体3完全包裹，这使得该种运动体与水接触的部分大量的减少，极大的降低摩擦阻力，实现高速航行的目标。运动体形成的空泡界面示意图及受力方案见附图2。运动体的重力通过头部空化阻力的升力分量Fny、尾部滑行升力Fsy及尾部操纵面的升力Fδy来平衡，空化阻力Fnx由发动机的推力Fpr补偿。
本发明的工作过程，运动体上表面上安装空气压缩装置5为形成通气双气泡多相流界面8提供气源。压缩的气体通过安装在运动体及锥柱组合体3中的通气管路7将压缩气体输送到锥柱组合体3，通过整流装置2向后喷出，形成气泡多相流界面8。
首先通过在安装在运动体上表面的空气压缩装置将水表面的空气不断进行压缩；
压缩的空气通过管路输送到锥柱组合结构，同时发动机也开始工作；
在通气装置、整流装置、发动机及空化器的共同作用下，形成一对包裹运动体底部一对锥柱组合体的气泡多相流界面；
运动体稳定和控制系统控制锥柱组合体尾部的控制舵面及空化器，联合通气流量控制系统实现运动体的稳定航行。
凭借容易获得压缩气体的优势，同时这种气泡多相流形式能够避免像壁面超空泡多相流或壁面空泡族多相流存在大量气体泄漏的问题，确保运动体有效的实现高速航行的目标。
本发明属于水面高速航行运动体结构技术领域，涉及如何利用通气形成空泡，达到为水面运动体减阻实现高速航行。传统上，为了通过通气实现水面运动体减阻，主要依赖壁面空泡技术，一是壁面超空泡流；另外是壁面空泡族。本发明主要依靠水面运动体上面的空气压缩机，在运动体上形成两个完整的气泡实现高速稳定航行。

Claims (3)

1.一种水面通气双气泡高速航行运动体结构，其特征在于：运动体上表面设置有两个空气压缩机，每个空气压缩机的输出端连接有通气管路，运动体下端对称设置两个锥柱组合体，每个所述锥柱组合体的头部安装有空化器和整流装置，每个所述锥柱组合体的尾部安装有尾部控制舵面，所述通气管路的端部伸入至对应的锥柱组合体内部。
2.根据权利要求1所述的一种水面通气双气泡高速航行运动体结构，其特征在于：所述尾部控制舵面的剖面形状是楔形。
3.根据权利要求1或2所述的一种水面通气双气泡高速航行运动体结构，其特征在于：所述通气管路为L型管路，且通气管路的水平段的轴线与锥柱组合体的轴线片平行。
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