CN109131721A - 用于超空泡水下航行体的装药型空泡发生结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于超空泡水下航行体的装药型空泡发生结构。航行体中后段的内部中空作为燃烧室；发射药沿燃烧室内壁布满其室内空间，但其沿弹轴线留有圆柱型空腔；燃烧室前部与前导气管相连接，其直径略小于发射药空腔；前导气管延伸至弹头部与头部排气孔相连，与外环境相通。燃烧室尾部与尾部喷管相连，尾部喷管呈漏斗状与外环境相通。本发明的方案通过利用发射药在燃烧过程中产生的大量气体和推力，达到产生空泡，增加高速水下航行体的超空泡状态的维持时间同时持续提供推力。

Description

用于超空泡水下航行体的装药型空泡发生结构
技术领域
本发明涉及流动控制领域，具体地说，是一种用于超空泡水下航行体的装药型空泡发生结构。
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。其中俄罗斯取得成绩最为引人注目,速度可达90~100m/s的“暴风雪”水下超空新型泡航行器,已经装备部队,并投放国际武器市场。这也导致了美、德、英和法国等西方国家从20世纪90年代初至今的第二次研究热潮。
对于带空泡的水下航行体的运动随着速度的增加存在四种稳定模式：（1）双空泡流动状态（航速约 0～ 70m/s）。（2）沿着空泡内壁滑移（航速约50m/s～200m/s）（3）与空泡边界发生碰撞作用（航速约 300m/s～900m/s）。（4）与空泡内的蒸汽及射流相互作用（航速约 900m/s～1000m/s 或更高）。对于后三种状态，整个航行体都被包裹在空泡中，处于超空泡状态，阻力大为减弱。
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，产生空泡量不足，适用范围窄，且对电磁力未加控制可能导致失稳增阻。
中国专利201710476019.7公开了一种阻力自适应可变结构空化器。在航行器不同的航速和航深下，通过阻力调整结构，有效保持空泡的尺度，从而使航行器受力稳定，减小航行器因速度变化造成的沾湿状态的剧烈变化;降低了空化数的变化对阻力的影响，减小航行器的阻力波动范围;在受到入水冲击时，通过弹性材料改变结构，增加航行器的缓冲时间，减小入水冲击力，提高入水安全性。但这种方式同样存在无法可靠产生大量空泡的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对超空泡水下航行体提供一种装药型空泡发生结构，通过利用发射药在燃烧过程中产生的大量气体和推力，达到产生空泡，增加高速水下航行体的超空泡状态的维持时间同时持续提供推力。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于超空泡水下航行体的装药型空泡发生结构，包括航行体、发射药、燃烧室、前导气管、头部排气孔、尾部喷管。航行体中后段的内部中空作为燃烧室；发射药沿燃烧室内壁布满其室内空间，但其沿弹轴线留有圆柱型空腔；燃烧室前部与前导气管相连接，其直径略小于发射药空腔；前导气管延伸至弹头部与头部排气孔相连，与外环境相通。燃烧室尾部与尾部喷管相连，尾部喷管呈漏斗状与外环境相通。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明充分利用了航行体原本的结构设计，对发射药进行了进一步的利用。（2）本发明产生气泡稳定可靠而且气泡量充足。（3）本发明能同时为超空泡状态下的航行体提供推力，进一步延长超空泡持续时间，达到减阻增程的效果。
附图说明
图1为本发明的航行体整体的轴向剖视图。
图2为本发明用于超空泡水下航行体装药型空泡发生结构航行体头部排气孔处的径向剖视图。
具体实施方式
下面以一种简单超空泡航行体为例结合附图对本发明作进一步描述。
一种用于超空泡水下航行体的装药型空泡发生结构，该结构包括航行体1，发射药4，燃烧室5，前导气管6，头部排气孔7，尾部喷管8。
结合图1、图2，航行体1中后部中空作为燃烧室5，在燃烧室5内壁上紧密填充有发射药4，同时发射药4沿航行体轴线留有圆柱型空腔，便于燃烧产生的气体流动。燃烧室前端连接前导气管6，其直径略小于发射药4的空腔。前导气管6沿航行体轴线延伸至航行体头部分四路与四个垂直弹轴线方向的圆形头部排气孔7相连且与外环境相通。头部排气孔在径向截面上对称均匀分布。燃烧室5尾部与尾部喷管8相连，尾部喷管8呈漏斗状，阔口部分朝外，这种结构能使发射药燃烧产生推力的同时使得航行体1更加稳定。
结合图2，4个头部排气孔7呈十字型排布，直径约为截面直径的五分之一。
当航行体1在水下被高速发射，发射药4被底火点燃并开始燃烧，由于所装发射药4内部留有空腔，燃烧产生的气体一部分沿尾部喷管8排出，进一步提供推力加速航行体1，同时在区域3产生大量气泡助于尾部空泡产生，同时还有一部分气体沿空腔向航行体头部方向通过前导气管6，经4个头部排气孔7排出，助于在区域2产生头部空泡，使得航行体1迅速进入超空泡状态，减小航行体所受摩擦阻力，并提升该状态持续时间，达到增程加速减阻的效果。

Claims (3)

1.一种用于超空泡水下航行体的装药型空泡发生结构，其特征在于：包括航行体（1）、发射药（4）、燃烧室（5）、前导气管（6）、头部排气孔（7）、尾部喷管（8）；
航行体（1）中后段的内部中空为燃烧室（5），沿燃烧室（5）内壁紧密填充有发射药（4），同时发射药（4）沿航行体（1）轴线留有圆柱型空腔；燃烧室（5）前部连接前导气管（6）；航行体（1）头部开有四个垂直弹轴线方向的圆形头部排气孔（7），前导气管（6）沿航行体（1）轴线延伸至航行体（1）头部分四路与四个头部排气孔（7）相连，且与外环境相通；燃烧室（5）尾部与尾部喷管（8）相连，尾部喷管（8）呈漏斗状，阔口部分朝外与外环境相通。
2.根据权利要求1所述的装药型空泡发生结构，其特征在于：所述前导气管（6）的直径略小于发射药（4）的空腔。
3.根据权利要求1所述的装药型空泡发生结构，其特征在于：4个头部排气孔（7）呈十字型排布，直径为截面直径的五分之一。
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