CN106839902A - 一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置，包括若干环形单元，环形单元安装在航行体尾部，单元沿航行体轴向紧密排列，每个单元的磁体和电极的排布对应一致。通过利用电流对电解质（海水）的电解作用以及电磁力对电流的力学作用，优化超空泡水下航行体的设计，延长超空泡的持续时间并增加动力，达到有效减阻增加航速与航程的目的。

Description

一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置

技术领域

本发明涉及流动控制领域，具体是一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置。

背景技术

当水下航行体高速运动时，在一定条件下会产生空泡现象。空泡现象通常是指在液体流场的低压区，当其局部压力达到液体的饱和蒸汽压时, 液体介质因气化而出现“空洞”, 我们把这一“空洞”称为“空泡”。一般而言，对于流场包裹的水下航行体，当产生的空泡长度小于该航行体长度时称为局部空泡；而当产生的空泡长度达到或超过该航行体的长度时称为超空泡。

超空泡由于尺度大于航行体，将整个航行体包裹在其内部，使得航行体与水体的接触面积减到最小，从而大大降低了水体对航行体的粘性阻力，减阻率可达90%以上。自二十世纪50年代以来，各国已开始着手研究超空泡技术来为鱼雷、水下射弹增加射速与射程，如苏联海军在1977年推出一种火箭推进鱼雷, 这种叫“暴风” (也有翻译叫“飓风”)的鱼雷航行时被包在一个自动生成的气体空泡中, 能以100m /s的速度破水“飞行”，航程可达15Km。

对于带空泡的水下航行体的运动随着速度的衰减存在四种稳定模式：（1）与空泡内的蒸汽及射流相互作用（航速约 900m/s～1000m/s 或更高）。（2）与空泡边界发生碰撞作用（航速约 300m/s～900m/s）。（3）沿着空泡内壁滑移（航速约50m/s～200m/s）（4）双空泡流动状态（航速约 0～ 70m/s）。对于前三种状态，整个航行体都被包裹在空泡中，处于超空泡状态，而当由状态（3）进入状态（4）时，随着速度的衰减，空泡从航行体中后部开始向头部和尾部萎缩，形成头部和尾部两个局部空泡，沾湿面积增大，阻力增大。

中国专利200710038780.9公开了一种水下航行体电磁加热空化装置，该装置利用电流使分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，温度迅速升高，使得空化器的温度提高，导致空化器周围的水温达到或超过汽化温度而发生汽化，从而在航行体周围形成气泡。这种方式在航行体高速运动下对水流加热效率低，适用范围窄，同时对产生的电磁力未加以控制，应用不善会导致增阻。

中国专利201510884379.1公开了一种人工通气超空泡鱼雷的减阻—推进一体化构型，改变传统的鱼雷结构，去掉了传统结构中头部的空泡发生器，改为

将鱼雷的头部做为平面，去掉位于鱼雷尾部的发动机喷管，改为四个小型发动机喷管，设置在鱼雷的前端。这种方式对鱼雷外形改动大，发动机喷管设置在前端易导致鱼雷动力不足，适用范围窄。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置，通过利用电流对电解质（海水）的电解作用以及电磁力对电流的力学作用，优化超空泡水下航行体的设计，延长超空泡的持续时间并增加动力，达到有效减阻增加航速与航程的目的。

实现本发明的技术解决方案为：一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置，包括若干环形单元，环形单元安装在航行体尾部，单元沿航行体轴向紧密排列，每个单元的磁体和电极的排布对应一致。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明电极设计思路能在电极接触海水（电解质）时，对海水产生电离作用从而产生气泡，补充气囊，增加超空泡的持续时间从而减阻增程。（2）本发明在航行体后期超空泡萎缩，导致与海水接触电极时才会通电工作，而在航行体前期超空泡完整时，不接触海水不工作。被动实时触发，节省电能。（3）本发明的磁体排布方式能使磁场对通电的海水产生向航行体尾部的推力，从而增加航行体的动力。（4）整体装置嵌在航行体中，不改变航行体的基本外形，应用范围广。

附图说明

图1为本发明用于高速水下航行体的电磁减阻装置的整体结构示意图。

图2为本发明用于高速水下航行体的电磁减阻装置中磁体与电极的局部示意图（径向视图a与轴向剖视图b）。

具体实施方式

本发明一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置，包括磁体5、电极6、固定框7、直流电源8，磁体的磁极方向与航行体径向平行，若干个磁体和若干个电极绕航行体依次间隔设置成环形排列，相邻的两个磁体顶部极性相反。电极的高度等于磁体的高度，电极和磁体设有固定框，通过固定框将装置固连，同时将本装置与航行体外壳、磁体与电极隔离，若干个电极分别通过导线与航行体内的直流电源连接。整体嵌在航行体中，不改变航行体的基本外形。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1（整体简图）和图2（单元径向视图与轴向剖视图），一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置，整个装置由若干环形单元组成，安装在航行体尾部，单元沿航行体轴向紧密排列，每个单元的磁体和电极的排布要对应一致。单元具体数目可由实际工程需要确定。

每个单元包括磁体5、由碳制成的电极6、固定框7、直流电源8以及若干导线，磁体5与电极6沿航行体径向呈环状间隔排列，放置在由绝缘材料制成的固定框7中。其数量根据实际使用情况决定。

固定框7整体为环状，在圈内设置栅格紧密放置磁体和电极，以此将磁体和电极隔开同时固定磁体和电极的位置。固定框紧密套在航行体上。

相邻的两个磁体5顶部极性相反。相邻两个电极6极性相反。电极与磁体外形一致，磁体与电极的尺寸相同。

电极6正极与负极分别与直流电源8的正极与负极通过导线匹配连接，电源8放置在航行体内部。

电源8采用纽扣电池以缩小体积。

每个单元的厚度约为环宽的1-2倍。

结合图1，当航行体1在水下高速运动时，在初期首先会在其头部2区域和尾部3区域产生空泡，形成双空泡流动状态，然后头部空泡迅速向尾部发展过渡到沿空泡内壁滑移的状态，如果速度够高会达到与空泡内的蒸汽和射流相互作用的状态。当速度衰减时，气囊萎缩，海水从靠近尾部的中后部开始渐渐浸湿航行体，此处正是本发明装置所放置的位置。

海水一旦浸湿本装置，由于海水电解质的属性会立刻导致电极被接通，根据电磁力F的定义：F=J×B，其中J为电极所产生的电流密度，B为磁场的磁感应强度，根据右手定则可知各相邻电极与相邻磁体相互作用产生对海水沿航行体轴向指向尾部的电磁力，一方面其反作用力作用于航行体增加推进动力，另一方面推离海水减小粘性阻力。

同时，由于海水作为导电介质，通电后会被电离，产生新的气体，对气囊中的气体进行补充，使得超空泡状态持续时间充分延长。

Claims (9)

1.一种用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：包括若干环形单元，环形单元安装在航行体尾部，单元沿航行体轴向紧密排列，每个单元的磁体和电极的排布对应一致。

2.根据权利要求1所述的用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：所述环形单元包括磁体5、由碳制成的电极6、固定框7、直流电源8以及若干导线；磁体5与电极6沿航行体径向呈环状间隔排列，放置在由绝缘材料制成的固定框7中；直流电源8放置在航行体内部。

3.根据权利要求2所述的用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：所述固定框7为环状，在环状圈内设置栅格，栅格内以磁体、电极相间的顺序紧密放置磁体5和电极6，以此将磁体和电极隔开同时固定磁体和电极的位置；固定框7紧密套在航行体上。

4.根据权利要求3所述的用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：所述相邻的两个磁体5顶部极性相反。

5.根据权利要求3所述的用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：所述相邻的两个电极6极性相反。

6.根据权利要求3所述的用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：所述磁体5与电极6外形、尺寸相同。

7.根据权利要求2所述的用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：所述电极6的正极与负极分别与直流电源8的正极与负极通过导线匹配连接。

8.根据权利要求2所述的用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：所述直流电源8采用纽扣电池。

9.根据权利要求1-8所述的用于高速水下航行体的电磁减阻装置，其特征在于：所述每个环形单元的厚度为固定框7环宽的1-2倍。