CN109747770A - 水下激光隧道超音速高速发射装置及方法 - Google Patents

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吕植勇
马季
崔帅杰
赵舒悦
张松松
方清平
任芳雨
陈睿
王宇
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Abstract

本发明提供一种水下激光隧道超音速高速发射装置，包括激光发生器，安装在水下航行器最前端；保护层，包括水下航行器通体从外到内设置的碳纤维层和铝层，位于水下航行器尾部的铝层内的高锰酸钾层；电池设置在水下航行器内部，当发射时，电池的正极与碳纤维层连接，电池的负极与铝层连接，用于发生电解反应产生氢气和氧气从而脱去碳纤维层和铝层；推进系统包括氢气储存装置、氧气储存装置、导气管和推进器；氢气储存装置和氧气储存装置均设置在水下航行器内，通过导气管与所述的推进器连通，用于在推进器中进行氢氧推进反应；高锰酸钾层在推进系统的余热下与水反应产生氧气。本发明能够平稳快速的产生超空泡，并极大地提升水下航行器的发射速度。

Description

水下激光隧道超音速高速发射装置及方法
技术领域
本发明属于一种水下航行器发射装置，具体涉及一种水下激光隧道超音速高速发射装置及方法。
背景技术
目前，公知的水下航行器构造是由载体结构、控制系统、导航系统、能源系统、推进系统和任务载荷等组成水下无人航行器。水下运动体受到的流体粘性阻力约占其总阻力的70%左右，运动体的阻力与周围介质的密度成正比，由于水的密度是空气的密度的数百倍，所以水下航行器的发射速度较低。目前减阻方法可选择空化减阻。但是，由于运动中的空泡通常都存在泄露现象，因此不可能保持连 续的自然超空泡状态，这就需要利用气体补充的方式来保持超空泡的状态，从而保持物体的稳定性，目前的主要方式有以下三种：（1）气体喷射方法形成超空泡，（2）液体喷射方法形成超空泡，（3）固体空泡发生器形成超空泡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种水下激光隧道超音速高速发射装置及方法，能够平稳快速的产生超空泡，并极大地提升水下航行器的发射速度。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种水下激光隧道超音速高速发射装置，其特征在于：它包括：
激光发生器，安装在水下航行器最前端；
保护层，包括水下航行器通体从外到内设置的碳纤维层和铝层，位于水下航行器尾部的铝层内的高锰酸钾层；
电池，设置在水下航行器内部，当发射时，电池的正极与所述的碳纤维层连接，电池的负极与所述的铝层连接，用于发生电解反应产生氢气和氧气从而脱去碳纤维层和铝层；
推进系统，包括氢气储存装置、氧气储存装置、导气管和推进器；氢气储存装置和氧气储存装置均设置在水下航行器内，通过导气管与所述的推进器连通，用于在推进器中进行氢氧推进反应；高锰酸钾层用于在推进系统的余热下与水反应产生氧气。
按上述装置，本装置还包括导流罩，导流罩通过支架与水下航行器尾部连接，且导流罩与水下航行器之间设有供气体通过的间隙。
按上述装置，本装置还包括设置在水下航行器中部的铝层内的碳化钙层，用于在脱去碳纤维层和铝层后与水反应产生乙炔。
所述的水下激光隧道超音速高速发射装置的发射方法，其特征在于：
发射时，推进器进行氢氧推进反应推进水下航行器发射；
激光发生器发射的激光加热使水汽化；
电池的正极与所述的碳纤维层连接，电池的负极与所述的铝层连接，在水中发生电解反应产生氢气和氧气从而脱去碳纤维层和铝层；在氢氧推进反应产生的热量下，高锰酸钾与水反应产生氧气；氢气和氧气在水中产生气泡包裹在水下航行器周围，降低水下航行器的阻力。
按上述方法，在水下航行器的高速航行下，由于伯努利效应，所产生的氢气和氧气会被压在水下航行器的外壳表面并向后流动，到达水下航行器尾部时，由导流罩收集进入到推进器燃烧。
按上述方法，在水下航行器中部的铝层内设置碳化钙层，在脱去碳纤维层和铝层后与水反应产生乙炔，从而增大气泡量；乙炔随氢气和氧气一起由导流罩收集进入到推进器燃烧。
本发明的有益效果为：
1、通过电解反应产生气泡，同时利用推进器的温度增加高锰酸钾层的设计，提高气泡量，由于激光发生器以及水下航行器外壳均产生气体，使水下航行器处于一个气泡下，由于水下航行器的阻力与周围介质的密度成正比，而气体介质是水的密度的几百分之一，因此，水下航行器的阻力将大大的降低，在正常的推进功率下，就可以获得数倍的航行速度，从而实现航行体的超高速航行。
2、通过增加导流罩，结合伯努利效应，能够回收产生的气体给推进器燃烧，进一步提高推进效率。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构原理图。
图2为本发明一实施例的外部结构示意图。
图中：1-激光发生器，2-电池，3-导流罩，4-推进器，5-1-碳纤维层，5-2-铝层，5-3-碳化钙层，5-4-高锰酸钾层，6-氧气储存装置，7-氢气储存装置，8-导气管，9-支架。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
本发明提供一种水下激光隧道超音速高速发射装置，如图1和图2所示，它包括激光发生器1，安装在水下航行器最前端；保护层，包括水下航行器通体从外到内设置的碳纤维层5-1和铝层5-2，位于水下航行器尾部的铝层5-2内的高锰酸钾层5-4； 电池2，设置在水下航行器内部，当发射时，电池2的正极与所述的碳纤维层5-1连接，电池2的负极与所述的铝层5-2连接，用于发生电解反应产生氢气和氧气从而脱去碳纤维层5-1和铝层5-2，激光发生器1与电池2连接；推进系统，包括氢气储存装置7、氧气储存装置6、导气管8和推进器4；氢气储存装置7和氧气储存装置6均设置在水下航行器内，通过导气管8与所述的推进器4连通，用于在推进器4中进行氢氧推进反应；高锰酸钾层5-4用于在推进系统的余热下与水反应产生氧气。进一步的，本装置还包括导流罩3，导流罩3通过支架9与水下航行器尾部连接，且导流罩3与水下航行器之间设有供气体通过的间隙。
优选的，本装置还包括设置在水下航行器中部的铝层5-2内的碳化钙层5-3，用于在脱去碳纤维层5-1和铝层5-2后与水反应产生乙炔。
所述的水下激光隧道超音速高速发射装置的发射方法，发射时，推进器4进行氢氧推进反应推进水下航行器发射；激光发生器1发射的激光加热使水汽化；电池2的正极与所述的碳纤维层5-1连接，电池2的负极与所述的铝层5-2连接，在水中发生电解反应产生氢气和氧气从而脱去碳纤维层5-1和铝层5-2；在氢氧推进反应产生的热量下，高锰酸钾与水反应产生氧气；氢气和氧气在水中产生气泡包裹在水下航行器周围，降低水下航行器的阻力。
在水下航行器的高速航行下，由于伯努利效应，所产生的氢气和氧气会被压在水下航行器的外壳表面并向后流动，到达水下航行器尾部时，由导流罩3收集进入到推进器4燃烧。
在水下航行器中部的铝层5-2内设置碳化钙层5-3，在脱去碳纤维层5-1和铝层5-2后与水反应产生乙炔，从而增大气泡量；乙炔随氢气和氧气一起由导流罩3收集进入到推进器4燃烧。
在水下航行器中，高能激光发射器1与电池2相连，激光发生器1安装在水下航行器的最前部，发射的激光加热使水汽化。水下航行器通体裹有铝层5-2和碳纤维层5-1，防止与空气接触发生化学反应，一旦发射，铝层5-2与电池2负极相连，碳纤维层5-1与电池2正极相连 ，发生电解反应产生氢气和氧气，脱去保护层；在水下航行器前中的大部，铝层5-2和碳纤维层5-1下裹有碳化钙5-3，在脱去保护层后，碳化钙与水反应产生乙炔；在水下航行器后部接近尾部导流罩3处，铝层5-2和碳纤维层5-1下裹有高锰酸钾层5-4，在脱去保护层后，高锰酸钾与水反应产生氢气；两者产生气泡包裹在水下航行器周围，降低阻力。氢气储存装置6和氧气储存装置7通过导气管8与燃烧室相连，推进器4位于航行体最后部分，舵翼位于水下航行器的中后部分。在水下航行器高速航行下，由于伯努利效应气体会被压在水下航行器外壳表面处，并且向后流动，到达尾部时由导流罩3收集到推进器4的燃烧处。同时由于激光发生器1以及水下航行器外壳均产生气体，使水下航行器处于一个气泡下，由水下航行器的阻力与周围介质的密度成正比，而气体介质是水的密度的几百分之一，因此，航行体的阻力将大大的降低，在正常的推进功率下，就可以获得数倍的航行速度，从而实现航行体的超高速航行。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水下激光隧道超音速高速发射装置，其特征在于：它包括：
激光发生器，安装在水下航行器最前端；
保护层，包括水下航行器通体从外到内设置的碳纤维层和铝层，位于水下航行器尾部的铝层内的高锰酸钾层；
电池，设置在水下航行器内部，当发射时，电池的正极与所述的碳纤维层连接，电池的负极与所述的铝层连接，用于发生电解反应产生氢气和氧气从而脱去碳纤维层和铝层；
推进系统，包括氢气储存装置、氧气储存装置、导气管和推进器；氢气储存装置和氧气储存装置均设置在水下航行器内，通过导气管与所述的推进器连通，用于在推进器中进行氢氧推进反应；高锰酸钾层用于在推进系统的余热下与水反应产生氧气。
2.根据权利要求1所述的水下激光隧道超音速高速发射装置，其特征在于：本装置还包括导流罩，导流罩通过支架与水下航行器尾部连接，且导流罩与水下航行器之间设有供气体通过的间隙。
3.根据权利要求1或2所述的水下激光隧道超音速高速发射装置，其特征在于：本装置还包括设置在水下航行器中部的铝层内的碳化钙层，用于在脱去碳纤维层和铝层后与水反应产生乙炔。
4.权利要求1所述的水下激光隧道超音速高速发射装置的发射方法，其特征在于：
发射时，推进器进行氢氧推进反应推进水下航行器发射；
激光发生器发射的激光加热使水汽化；
电池的正极与所述的碳纤维层连接，电池的负极与所述的铝层连接，在水中发生电解反应产生氢气和氧气从而脱去碳纤维层和铝层；在氢氧推进反应产生的热量下，高锰酸钾与水反应产生氧气；氢气和氧气在水中产生气泡包裹在水下航行器周围，降低水下航行器的阻力。
5.根据权利要求4所述的发射方法，其特征在于：在水下航行器的高速航行下，由于伯努利效应，所产生的氢气和氧气会被压在水下航行器的外壳表面并向后流动，到达水下航行器尾部时，由导流罩收集进入到推进器燃烧。
6.根据权利要求5所述的发射方法，其特征在于：在水下航行器中部的铝层内设置碳化钙层，在脱去碳纤维层和铝层后与水反应产生乙炔，从而增大气泡量；乙炔随氢气和氧气一起由导流罩收集进入到推进器燃烧。
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