CN106364624A - 一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置及方法 - Google Patents

一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置及方法，将呈环状的尾部轴向喷口设置在航行体尾部底端的外沿上，通过喷流形成较小流量周向封闭的轴向喷流，形成的轴向喷流的引射作用可以对超空泡尾部收缩产生的周期性脱落和断裂，起到稳定作用，防止超空泡尾部的振荡、减少超空泡尾部气体泄露，有利于减少航行器高速航行时的气体消耗。此外，使用尾部轴向喷流而不是硬的凸起来稳定超空泡，不会产生额外的阻力，有利于实现超空泡减阻的高速航行。

Description

一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置及方法，属于航行体自主稳定航行的控制领域。
背景技术
传统的水下航速只有30～70节，面对水中航行器的不断创新，航行性能的不断提高，水下未来向高速度、大深度、远航程发展。例如超空泡航行体航速可达200节，超空泡航行体与水下航行体技术结合形成具有水下远程高速的航行器。俄罗斯代表着超空泡领域的最高水平。“暴风雪”的问世代表着水中兵器的一次革命性飞跃，其水下高速打击带来的强大威慑力，掀起了世界上超空泡技术的研究热潮。美国超空泡武器研究注重技术储备，开展了多途径超空泡航行器论证，主要发展高速射弹和超空泡水下巡航技术。
现有技术，会在航行器尾部安装凸起的裙部，但其会产生一定的流动阻力，降低超空泡的减阻效果。或尾部安装控制环和止流环，但其会产生较大的流动阻力，虽适用于航行体机动航行，但是难以实现超空泡高速远程航行所需要的超空泡减阻能力。
发明内容
本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置及方法，采用了闭路控制及航行体尾部的平行射流，以提高超空泡的稳定性。
本发明的技术解决方案：
一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置，包括空化器、排气口、通气阀门、航行体、尾部气泡敏感器和尾部轴向喷口，
航行体的头部设置有空化器，在空化器尾部设有排气口，经排气口排出的气体在航行体外表面形成超空泡，空化器可控制超空泡起点位置，与排气口连通的通气阀门设置在航行体的内部，通气阀门控制排气口的排气量，尾部气泡敏感器设置在航行体靠近尾部的外壁上，尾部气泡敏感器的外表面与航行体外壁平齐，尾部气泡敏感器用于探测超空泡是否覆盖尾部气泡敏感器，并将探测信号实时传递给通气阀门，通气阀门对接收的探测信号进行判断，进而控制排气口的气体排出量；
呈环状的尾部轴向喷口设置在航行体尾部外沿上，通过喷流形成周向封闭的轴向喷流。
控制排气口气体排出量的方法为：
尾部气泡敏感器实时感受超空泡形态，判断超空泡是否覆盖了尾部气泡敏感器，
超空泡没有覆盖尾部气泡敏感器时，尾部气泡敏感器向通气阀门发出信号，通气阀门收到信号后逐步增大通气流量，超空泡逐步增大，直到将尾部气泡敏感器覆盖；
尾部气泡敏感器探测到被超空泡覆盖，不向通气阀门发送信号，通气阀门保持一定时间通气流量后，通气阀门再逐步减小通气量，超空泡将逐步减小，直到尾部气泡敏感器再次探测到超空泡没有覆盖尾部气泡敏感器，进行再循环。
排气口喉道面积为超空泡极限流量所需的流通面积。
一种应用于航行体自主稳定航行的控制方法，具体步骤为：
(1)航行体在水中启动，高速航行；
(2)打开通气阀门，控制排气口向水中排气，在空化器下游、航行体外表面形成超空泡，同时打开尾部轴向喷口向下游喷气，形成周向封闭的轴向喷流；
(3)尾部气泡敏感器实时探测超空泡是否覆盖尾部气泡敏感器，并将探测信号实时传递给通气阀门，通气阀门对接收的探测信号进行判断，进而控制排气口的气体排出量。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明呈环状的尾部轴向喷口设置在航行体尾部底端的外沿上，通过喷流形成较小流量周向封闭的轴向喷流，形成的轴向喷流的引射作用可以对超空泡尾部收缩产生的周期性脱落和断裂，起到稳定作用，防止超空泡尾部的振荡、减少超空泡尾部气体泄露，有利于减少航行器高速航行时的气体消耗。此外，使用尾部轴向喷流而不是硬的凸起来稳定超空泡，不会产生额外的阻力，有利于实现超空泡减阻的高速航行；
(2)本发明使用尾部气泡敏感器实时捕捉超空泡尾部的位置，防止超空泡突然缩小，阻力突然增大带来的航行失稳，使用尾部气泡敏感器直接取得喷气的流量，减小中间环节，有利于快速反应，并减少必要的元器件，有利于提高系统的稳定性，超空泡稳定后缓慢减小通气阀门的流量，将超空泡减小，直到再次收到尾部气泡敏感器的信号，有利于减少维持超空泡所需要的气体消耗。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明尾部结构示意图；
图3为本发明超空泡流量控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置，如图1所示，包括空化器2、排气口8、通气阀门7、航行体6、尾部气泡敏感器5和尾部轴向喷口9，
航行体6的头部设置有空化器2，在空化器2尾部设有排气口8，经排气口8排出的气体在航行体6外表面形成超空泡3，空化器2可控制超空泡3起点位置，与排气口8连通的通气阀门7设置在航行体6的内部，排气口8喉道面积为超空泡3极限流量所需的流通面积，此处使用最大流量限制的喷气口设计，可以防止尾部泡敏感器和流量阀失灵时流量过大，产生过大的超空泡。
通气阀门7控制排气口8的排气量，尾部气泡敏感器5设置在航行体6靠近尾部的外壁上，尾部气泡敏感器5的外表面与航行体6外壁平齐，尾部气泡敏感器5用于探测超空泡3是否覆盖尾部气泡敏感器5，并将探测信号实时传递给通气阀门7，通气阀门7对接收的探测信号进行判断，进而控制排气口8的气体排出量；
呈环状的尾部轴向喷口9设置在航行体6尾部底端10的外沿上，如图2所示，通过喷流形成较小流量周向封闭的轴向喷流4，形成的轴向喷流的引射作用可以对超空泡尾部收缩产生的周期性脱落和断裂，起到稳定作用，防止超空泡3尾部的振荡、减少超空泡3尾部气体泄露，有利于减少航行器高速航行时的气体消耗。此外，使用尾部轴向喷流而不是硬的凸起来稳定超空泡，不会产生额外的阻力，有利于实现超空泡减阻的高速航行。
控制排气口8气体排出量的方法为，如图3所示：
尾部气泡敏感器5实时感受超空泡3形态，判断超空泡3是否覆盖了尾部气泡敏感器5；超空泡3没有覆盖尾部气泡敏感器5时，尾部气泡敏感器5向通气阀门7发出信号，通气阀门7收到信号后控制排气口8，逐步增大通气流量，超空泡3逐步增大，直到将尾部气泡敏感器5覆盖；尾部气泡敏感器5探测到被超空泡3覆盖后，停止向通气阀门7发送信号，通气阀门7控制排气口8保持通气流量；通气阀门7保持1-2秒稳定后，通气阀门7再逐步减小通气量，超空泡3将逐步减小，直到尾部气泡敏感器5再次探测到超空泡3没有覆盖尾部气泡敏感器5，进行再循环；
超空泡3覆盖尾部气泡敏感器5时，尾部气泡敏感器5不向通气阀门7发送信号，通气阀门7保持通气流量；通气阀门7保持1-2秒稳定后，通气阀门7再逐步减小通气量，超空泡3将逐步减小，直到尾部气泡敏感器5再次探测到超空泡3没有覆盖尾部气泡敏感器5，进行再循环。
一种应用于航行体自主稳定航行的控制方法，具体步骤为：
(1)航行体在水中启动，高速航行；
(2)打开通气阀门7，控制排气口8向水中排气，在空化器2下游、航行体6外表面形成超空泡3，同时打开尾部轴向喷口9向下游喷气，形成周向封闭的轴向喷流4；
(3)尾部气泡敏感器5实时探测超空泡3是否覆盖尾部气泡敏感器5，并将探测信号实时传递给通气阀门7，通气阀门7对接收的探测信号进行判断，进而控制排气口8的气体排出量。
使用尾部气泡敏感器5实时捕捉超空泡3尾部的位置，防止超空泡3突然缩小，阻力突然增大带来的航行失稳。使用尾部气泡敏感器5直接取得喷气的流量，减小中间环节，有利于快速反应，并减少必要的元器件，有利于提高系统的稳定性。超空泡3稳定后缓慢减小通气阀门7的流量，将超空泡3减小，直到再次收到尾部气泡敏感器5的信号，有利于减少维持超空泡3所需要的气体消耗。
本发明未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置，其特征在于，包括空化器(2)、排气口(8)、通气阀门(7)、航行体(6)、尾部气泡敏感器(5)和尾部轴向喷口(9)，
航行体(6)的头部设置有空化器(2)，在空化器(2)尾部设有排气口(8)，经排气口(8)排出的气体在航行体(6)外表面形成超空泡(3)，空化器(2)可控制超空泡(3)起点位置，与排气口(8)连通的通气阀门(7)设置在航行体(6)的内部，通气阀门(7)控制排气口(8)的排气量，尾部气泡敏感器(5)设置在航行体(6)靠近尾部的外壁上，尾部气泡敏感器(5)的外表面与航行体(6)外壁平齐，尾部气泡敏感器(5)用于探测超空泡(3)是否覆盖尾部气泡敏感器(5)，并将探测信号实时传递给通气阀门(7)，通气阀门(7)对接收的探测信号进行判断，进而控制排气口(8)的气体排出量；
呈环状的尾部轴向喷口(9)设置在航行体(6)尾部外沿上，通过喷流形成周向封闭的轴向喷流(4)。防止超空泡(3)尾部的振荡、减少超空泡(3)尾部气体泄露。
2.如权利要求1所述的一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置，其特征在于，控制排气口(8)气体排出量的方法为：
尾部气泡敏感器(5)实时感受超空泡(3)形态，判断超空泡(3)是否覆盖了尾部气泡敏感器(5)，
超空泡(3)没有覆盖尾部气泡敏感器(5)时，尾部气泡敏感器(5)向通气阀门(7)发出信号，通气阀门(7)收到信号后逐步增大通气流量，超空泡(3)逐步增大，直到将尾部气泡敏感器(5)覆盖；
尾部气泡敏感器(5)探测到被超空泡(3)覆盖，不向通气阀门(7)发送信号，通气阀门(7)保持一定时间通气流量后，通气阀门(7)再逐步减小通气量，超空泡(3)将逐步减小，直到尾部气泡敏感器(5)再次探测到超空泡(3)没有覆盖尾部气泡敏感器(5)，进行再循环。
3.如权利要求1所述的一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置，其特征在于，排气口(8)喉道面积为超空泡(3)极限流量所需的流通面积。
4.一种应用于航行体自主稳定航行的控制方法，应用权利要求1所述的控制装置，其特征在于，具体步骤为：
(1)航行体在水中启动，高速航行；
(2)打开通气阀门(7)，控制排气口(8)向水中排气，在空化器(2)下游、航行体(6)外表面形成超空泡(3)，同时打开尾部轴向喷口(9)向下游喷气，形成周向封闭的轴向喷流(4)；
(3)尾部气泡敏感器(5)实时探测超空泡(3)是否覆盖尾部气泡敏感器(5)，并将探测信号实时传递给通气阀门(7)，通气阀门(7)对接收的探测信号进行判断，进而控制排气口(8)的气体排出量。
5.如权利要求4所述的一种应用于航行体自主稳定航行的控制方法，其特征在于，控制排气口(8)的气体排出量的方法为：
尾部气泡敏感器(5)实时感受超空泡(3)形态，判断超空泡(3)是否覆盖了尾部气泡敏感器(5)，
超空泡(3)没有覆盖尾部气泡敏感器(5)时，尾部气泡敏感器(5)向通气阀门(7)发出信号，通气阀门(7)收到信号后逐步增大通气流量，超空泡(3)逐步增大，直到将尾部气泡敏感器(5)覆盖；
尾部气泡敏感器(5)探测到被超空泡(3)覆盖，不向通气阀门(7)发送信号，通气阀门(7)保持一定时间通气流量后，通气阀门(7)再逐步减小通气量，超空泡(3)将逐步减小，直到尾部气泡敏感器(5)再次探测到超空泡(3)没有覆盖尾部气泡敏感器(5)，进行再循环。
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