CN110360897A - 一种稳定的超空泡射弹入水结构 - Google Patents

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张成龙
江代文
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    • F42B10/02Stabilising arrangements

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Abstract

本发明公开了一种稳定的超空泡射弹入水结构,分为前半部分和后半部分,前半部分位于射弹重心C的前方,设置n个依次叠加的梯形圆台,梯形圆台关于射弹的轴线旋转o‑o对称;后半部分位于射弹重心C的后方,包括圆柱主体、后梯形圆台和密闭带,圆柱主体和前半部分通过后梯形圆台连接,后梯形圆台前端与梯形圆台后端相连接,且后梯形圆台的前端直径等于梯形圆台后端直径;密闭带位于圆柱主体的前半段位置,且沿着圆柱主体径向向外延伸;后半部分关于射弹的轴线o‑o旋转对称。本发明是一种提高超空泡射弹水下高速运动稳定性的设计,使得应用的射弹能实现稳定入水。

Description

一种稳定的超空泡射弹入水结构
技术领域
本发明涉及水下航行领域,具体是一种空对海战役中的超空泡射弹。
背景技术
当水下航行体高速移动时,在一定条件下会产生空泡现象。空泡现象通常是指在液体的流场的低压区,当液体流动压力达到液体的饱和蒸气压时,液体会发生气化从而形成“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。“空泡”使得射弹上实际上在空气腔内移动,从而大大减少了与水接触的阻力。
研制空对海的超空泡射弹,其水下稳定性是一个极具挑战性的问题,射弹不仅需要在空气中高速飞行,而且还能在入水时保持稳定性,从而保证水中射弹的速度和高效打击性。现有专利试图设计具有大的长径比的射弹或翼片附接到射弹的尾端来解决稳定性问题。
中国专利20160875865.1公开了一种航行器尾部引气减阻装置,其特征包括集气环和防冲刷裙,集气环通过多个引气孔与发动机喷管相通,将发动机喷管的燃气引入集气环,集气环外侧有多个排气孔,排出集气环的燃气。防冲刷裙固定在在航行器尾部,沿航行器轴向延伸至发动机喷管中部。航行器推进系统启动后,发动机点火产生燃气,部分燃气通过引气孔进入集气环,在集气环中膨胀降温,再经由排气孔喷出,喷出的燃气由防冲刷裙接收,并在发动机底部聚集形成气泡,从而实现减阻的目的。这种方式在传统航行体的基础上增加了两个组件,增加了发动机的能量损耗,而且在航行体高速行驶时对燃气的利用率不可控,适用范围窄。
中国专利201810729242.2公开了一种尾翼稳定高速超空泡射弹,弹体包括头部空化器、肩部截锥过渡段、后部柱体和尾部尾翼。该尾翼稳定高速超空泡射弹采用了超空泡减阻原理,在水下高速超空泡运动阶段的阻力比不采用超空泡减阻技术的普通射弹降低80%以上,在相同初始发射速度条件下,射弹的射程比普通射弹的射程有大幅增加,且射弹的存速性能较优。由于射弹增加了尾翼,提高了水下高速超空泡射弹的弹道稳定性,改善了普通射弹弹道易弯曲、直线性较差的特点,大幅增加了弹道的直线性和可预测性。然而,增加尾翼或其它凸起的尾端结构的射弹,只能提供一定程度的水下稳定性。而且这种发明结构简单,对提高射弹水中稳定性的作用不强,应用效果不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定的超空泡射弹入水结构。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种稳定的超空泡射弹入水结构,分为前半部分和后半部分,前半部分位于射弹重心C的前方,设置n个依次叠加的梯形圆台, 梯形圆台关于射弹的轴线旋转o-o对称;后半部分位于射弹重心C的后方,包括圆柱主体、后梯形圆台和密闭带,圆柱主体和前半部分通过后梯形圆台连接,后梯形圆台前端与梯形圆台后端相连接,且后梯形圆台的前端直径等于梯形圆台后端直径;密闭带位于圆柱主体的前半段位置,且沿着圆柱主体径向向外延伸;后半部分关于射弹的轴线o-o旋转对称。
本发明与现有技术相比,其显著优点:(1)本发明设计不包括尾翼元件,是一种更简单更稳定的超空泡射弹设计。(2)本发明设计梯形截面的形状可以在角度、曲率或锥度上变化,能根据实际需求更有效地减少与射弹运动方向垂直区域受到水冲击的面积,从而显著减小射弹承受的不稳定扭矩。
附图说明
图1为根据本发明设计的超空泡射弹的等距视图。
图2为图1所示超空泡射弹的主视图。
图3a为图1所示超空泡射弹的俯视图,图3b为图1所示超空泡射弹的截面剖视图。
图4为图1所示超空泡射弹入水时受力图。
图5为图1所示超空泡射弹入水时受力图。
具体实施方式
本发明是一种提高超空泡射弹水下高速运动稳定性的设计,使得应用的射弹能实现稳定入水,且具有比较低的长径比。以射弹的重心为界,本发明设计的超空泡射弹主要分为两部分:前半部分主体包括n个截面为梯形的圆台阶。对于每一阶圆台,其顶部半径都大于底部半径,而且从射弹前部往后,每层圆台阶顶部半径和底部半径都小于后一层圆台的顶部半径;射弹的后半部分是一个单个梯形圆台结合圆柱的结构,位于射弹重心的后方,后梯形圆台的顶部半径与前半部分第n层圆台的底部半径相等,而圆柱主体的半径大于前半部分段第n层圆台的最大半径。
下面结合说明书附图对本发明进行进一步描述。
超空泡射弹0组成包括:梯形圆台1-1…1-n,圆柱主体3,后梯形圆台4,和密闭带5。
如图2所示,为本发明设计的超空泡射弹1的主视图。射弹0绕轴o-o旋转对称,形似圆柱体。射弹0包括前后两个部位,由射弹0的重心C区分开来。射弹0前半部分1由七个截面为梯形的圆台组成,从射弹重心C向前依次标记为梯形圆台1-1,1-2,1-3,1-4,1-5,1-6和1-7。第一阶梯形圆台1-1外径最大,随着阶数向前,梯形圆台的半径也越小。射弹1还包括位于重心C后面的后半部分2。后半部分2包括从梯形圆台1-1的底部向后延伸的后梯形圆台4、圆柱主体3和密闭带5。梯形圆台1-1和后梯形圆台4在射弹入水时与水接触面积最大,受到足够大的水冲击力有助于抵消射弹入水的偏航不稳定性,水冲击力形成的恢复扭矩不仅为射弹提供了水下偏航角稳定性,还改善了弹头的稳定性范围。密闭带5位于圆柱主体3的前半段位置,且沿着圆柱主体3径向向外延伸,其作用是使得射弹能够从膛线炮射出,并稳定旋转。
如图3a所示,为超空泡射弹0的俯视图。从射弹重心C开始向前,梯形圆台的半径逐渐减小,由剖切线B-B可以得到截面图3b。如图3b所示,梯形圆台1-1…1-n的底角2-1是固定的,沿着底角2-1,梯形圆台1-1…1-n的外径朝向射弹0的尾部减小,与一般的设计相比,减少射弹飞行时与水的接触面积,防止射弹侧壁受到水的冲击,从而大大降低射弹的不稳定力矩。圆柱主体3内的空腔2-2携带射弹的有效载荷。
图4所示为超空泡射弹入水斜度与底角2-1基本相等时,超空泡射弹在水中行进的情况。此时阻力F平行于梯形圆台1-n的侧壁面,因而侧壁面不会受到阻力F引起的扭矩。
图5所示,为作用在射弹上的阻力F分解图,阻力F分解为力fx和力fy。显然,作用在每个梯形圆台的上表面上的作用力fx大于作用在圆台侧壁面的作用力fy。当力fx作用于重心C上方梯形圆台1-n(n=1~4)时,将产生使射弹倾斜的扭矩,而力fx作用于重心C下方梯形圆台1-i(5~7)时,将产生另一个方向相反的扭矩,两个扭矩相互抵消,从而提高射弹飞行的稳定性。

Claims (5)

1.一种稳定的超空泡射弹入水结构,其特征在于:分为前半部分(1)和后半部分(2),前半部分(1)位于射弹重心C的前方,设置n个依次叠加的梯形圆台((1-1)…(1-n)),梯形圆台(1-n)关于射弹的轴线旋转o-o对称;后半部分(2)位于射弹重心C的后方,包括圆柱主体(3)、后梯形圆台(4)和密闭带(5),圆柱主体(3)和前半部分(1)通过后梯形圆台(4)连接,后梯形圆台(4)前端与梯形圆台(1-n)后端相连接,且后梯形圆台(4)的前端直径等于梯形圆台(1-n)后端直径;密闭带(5)位于圆柱主体(3)的前半段位置,且沿着圆柱主体(3)径向向外延伸;后半部分(2)关于射弹的轴线o-o旋转对称。
2.如权利要求1所述的超空泡射弹入水结构,其特征在于:所述梯形圆台((1-1)…(1-n))是类圆台形,其截面是类梯形。
3.根据权利要求1或2所述的超空泡射弹入水结构,其特征在于:所述梯形圆台((1-1)…(1-n))的梯形截面均存在固定的下底角(2-1),沿着下底角(2-1)梯形圆台((1-1)…(1-n))的直径向射弹(0)的后端向内减小。
4.根据权利要求1所述的射弹,其特征在于:所述后梯形圆台(4)的前端直径小于后端直径。
5.根据权利要求1所述的射弹,其特征在于:所述圆柱主体(3)内的空腔携带射弹的有效载荷。
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