CN112413038A - 一种用于航行体高速入水的复合降载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于航行体高速入水的复合降载装置，包括可拆卸连接在主弹体头部的整流罩、整流罩内的空化器和阻尼装置，阻尼装置设置在所述整流罩内，且位于所述空化器与主弹体之间；所述阻尼装置包括密封压力缸、活塞、安装座、活塞杆、拉力弹簧、气腔和缓冲气。本发明是一种同时利用气动阻尼装置及缓冲泡沫进行降载的缓冲减振装置。同时利用气动阻尼装置和缓冲泡沫进行缓冲，具有更强大的降载性能。
Description
技术领域
本发明涉及航行体入水技术领域，具体而言是采用气动阻尼式降载和物理泡沫式降载相结合的方式进行缓冲的降载装置，尤其涉及一种航行体高速入水的复合式缓冲降载装置。
背景技术
现代水下航行体要求有更加灵活的发射方式以有效规避雷达等装置的追踪，越来越多的水下航行体采取空中投送的方式进行发射。当水下航行体或空射鱼雷从高空下落，在触水瞬间航行体头部会受到巨大的短时冲击压力，可能对航行体内部结构尤其是电子仪器装置造成破坏。这种破坏发生的几率随着入水冲击速度的增大而迅速增大。因此，有必要采取措施降低头部的冲击载荷以保护航行体内部结构，降低由于过载和振动导致仪器失效的风险。
发明内容
根据上述技术问题，而提供一种用于航行体高速入水的复合降载装置。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于航行体高速入水的复合降载装置，包括：
整流罩，其头部密封，且呈尖拱型，其尾端内壁与主弹体的头部外壁通过连接结构可分离连接；所述连接结构包括多个金属片，且多个所述金属片围绕所述主弹体的轴线均匀分布，所述金属片的一端与所述整流罩的尾端固定连接，其另一端向所述整流罩的头端延伸后又返回向所述整流罩的尾端延伸，并穿入加工在所述主弹体外壁上的金属片卡槽后发生弧形弯曲，且端部与所述主弹体的外壁接触连接。
空化器，为圆盘式结构，其轴线与所述整流罩的轴线重合，设置在所述整流罩的头部内，并与所述整流罩的头部内壁接触连接；由于在入水速度较高时，航行体表面特别是头部(主弹体)压力会降至水的饱和蒸汽压力，发生汽化，形成气泡和局部空泡，将整个航行体包裹在空气中，从而大大降低水下航行阻力，空化器的作用在于使该过程提前，使空泡的形成更加顺利，继而提高空泡降低主弹体阻力的功效。
阻尼装置，设置在所述整流罩内，且位于所述空化器与所述主弹体之间；
所述阻尼装置包括：
密封压力缸，其头部与所述空化器固定连接；
活塞，设置在所述密封压力缸内，并与所述密封压力缸相配合；
安装座，设置在所述整流罩的尾部内，并与所述主弹体的头部端面接触连接；
活塞杆，其尾部与所述安装座固定连接，其头部与所述空化器固定连接；
拉力弹簧，套设在所述活塞杆上，其尾端与所述安装座固定连接，其头端与所述活塞固定连接；
气腔，所述活塞与所述密封压力缸的头部之间的空腔；
缓冲气，充满所述气腔，为高压惰性气体；
阻尼器保护罩，套设在所述阻尼装置外，其头部与所述空化器接触连接，其尾部与所述安装座接触连接；
气腔外部保护筒，所述密封压力缸的头部通过所述气腔外部保护筒与所述空化器的尾部固定连接，所述气腔外部保护筒套设在所述密封压力缸外，且其头端与所述空化器固定连接，其内壁与所述密封压力缸的外壁固定连接；
止挡面，倾斜设置在所述气腔外部保护筒的前部；
阻尼器外部套筒，套设在所述气腔外部保护筒外，并与所述气腔外部保护筒滑动配合，其头端设有与所述止挡面相配合的外部冲击止块；
阻尼器保护防尘套，安装在所述阻尼器外部套筒外壁，且尾部端面与所述安装座固定连接；
橡胶冲击挡块，位于所述阻尼器外部套筒尾部端面与所述阻尼器保护防尘套尾部端面之间，套设在所述活塞杆的尾端，且其尾部端面与所述阻尼器保护防尘套的尾部端面固定连接。
一种用于航行体高速入水的复合降载装置还包括：
金属基泡沫层Ⅰ，设置在所述整流罩内，其尾部端面与所述空化器的头部端面接触连接，其头部端面与所述整流罩头部之间具有变形腔，其侧壁与所述整流罩的内壁相匹配，且接触连接；
高分子聚合物泡沫层，设置在所述整流罩内，其头部端面与所述空化器的尾部端面接触连接，其侧壁与所述整流罩的内壁相匹配，且接触连接；
金属基泡沫层Ⅱ，设置在所述整流罩内，其头部端面与所述高分子聚合物泡沫层的尾部端面接触连接，其侧壁与所述整流罩的内壁相匹配，且接触连接；
聚氨酯泡沫层，设置在所述整流罩内，其头端端面与所述金属基泡沫层Ⅱ的尾部端面接触连接，其尾部端面与所述安装座接触连接，其侧壁与所述整流罩的内壁相匹配，且接触连接；所述聚氨酯泡沫层为中低密度聚氨酯泡沫制成；
所述高分子聚合物泡沫层、所述金属基泡沫层Ⅱ和所述聚氨酯泡沫层包裹所述阻尼装置，并与所述阻尼装置的外壁接触连接。
所述高分子聚合物泡沫层、所述金属基泡沫层Ⅱ和所述聚氨酯泡沫层采用两半式结构，便于安装；
电磁铁，设置在所述主弹体的头部内，用于吸附所述阻尼装置。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本文所述带整流罩的复合式降载装置是一种同时利用气动阻尼装置及缓冲泡沫进行降载的缓冲减振装置。与传统单种泡沫头部降载装置不同的是，复合式降载装置不仅利用多种不同材料和性能的泡沫进行梯度式降载，同时利用气动阻尼装置这种高效的机械降载装置进行综合降载。传统填充物式的装置受制于有限的材料本身降载吸能的限制，其降载能力有限，适用工况非常有限，而梯度泡沫加气动阻尼器的复合式降载装置具有比泡沫填充式缓冲气更强大的降载性能。
本发明用于航行体空投或中高速发射入水过程中头部降载，可适用于航行体40m/s到100m/s的垂直或大角度倾斜入水的缓冲降载目的。该装置结构较为简单，便于实施和安装，材料易于获取和加工，且根据实际工况需要，可调整或换装不同的阻尼装置或泡沫材料实现不同程度的降载目的。经试验初步验证，该装置可显著降低航行体头部触水瞬时的峰值载荷(70％以上)，降载功效明显，并且阻尼器良好的粘滞性还可以明显减振，以保护航行体内部仪器在中高速触水工况下不致损坏。
主弹体前端加装电磁铁，通过电磁铁实现阻尼装置与主弹体头部的连接，为避免刚性连接带来的冲击振动。空化器与整流罩之间加装一层金属基泡沫层Ⅰ。整流罩为陶瓷基易碎复合材料，整流罩端部与航行体之间采取金属片插销式连接。本装置可靠性高，成本低，入水后可以有效降载，头罩破碎后阻尼装置的前端空化器有利于入水后空泡的形成，水下中高速航行过程中产生超空泡已被证明可以显著降低航行体阻力，同时有利于保持水下航行的航向稳定性。
当航行体(主弹体)由高空跌落触水瞬间，陶瓷基复合材料制作的整流罩会因冲击载荷解体破碎，会吸收一部分能量，碎片从装置上分离。由整流罩传递的水压力随即迅速压碎金属基泡沫层Ⅰ，再将压力传递给空化器和所述高分子聚合物泡沫层、所述金属基泡沫层Ⅱ和所述聚氨酯泡沫层，装置从而吸收了大部分的冲击能量。发生撞击时，密封压力缸与所述活塞之间发生相对运动，其中缓冲气和拉力弹簧对其进行缓冲，之后在缓冲气和拉力弹簧使活塞复位；同时，由于空化器受压向尾端运动，所述高分子聚合物泡沫层、所述金属基泡沫层Ⅱ和所述聚氨酯泡沫层受到传递的压力，特别是金属基泡沫层Ⅱ，受压后横向尺寸迅速增大，将整流罩瞬间胀碎，有利于整流罩的完全破碎。但同时高分子聚合物泡沫层、所述金属基泡沫层Ⅱ和所述聚氨酯泡沫层也会对内侧形成巨大挤压力，可能会挤坏阻尼装置，因此采用高刚度的树脂基易碎复合材料的制备的阻尼器保护罩的作用是保护气动阻尼器不被挤坏，同时在空化器的纵向挤压下，阻尼器保护罩也会破碎分离。最终仅剩空化器和阻尼装置处于主弹体前端。当电磁铁断电后，空化器和气动阻尼器也将与主弹体分离。
基于上述理由本发明可在航行体入水研究等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式中一种用于航行体高速入水的复合降载装置结构示意图。
图2为图1中A-A向剖视图。
图3为本发明具体实施方式中阻尼装置结构示意图。
图4为本发明具体实施方式中连接结构结构示意图。
图5为本发明具体实施方式中金属基泡沫层Ⅰ左、侧、右视图。
图6为本发明具体实施方式中高分子聚合物泡沫层左、侧、右视图。
图7为本发明具体实施方式中阻尼器保护罩左、侧、右视图。
图中：1、整流罩；2、金属基泡沫层Ⅰ；3、高分子聚合物泡沫层；4、金属基泡沫层Ⅱ；5、聚氨酯泡沫层；6、阻尼器保护罩；7、主弹体；11、空化器；12、气腔外部保护筒；13、密封压力缸；14、活塞杆；15、拉力弹簧；16、阻尼器外部套筒；17、阻尼器保护防尘套；18、外部冲击止块；19、橡胶冲击挡块；31、金属片；32、金属片卡槽；33、电磁铁；34、活塞；35、安装座；36、止挡面。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1～7所示，一种用于航行体高速入水的复合降载装置，包括：
整流罩1，其头部密封，且呈尖拱型，类似子弹头型，其尾端内壁与主弹体7的头部外壁通过连接结构可分离连接；所述连接结构包括多个金属片31，本实例为四个，且多个所述金属片31围绕所述主弹体7的轴线均匀分布，所述金属片31的一端与所述整流罩1的尾端固定连接，其另一端向所述整流罩1的头端延伸后又返回向所述整流罩1的尾端延伸，并穿入加工在所述主弹体7外壁上的金属片卡槽32后发生弧形弯曲，且端部与所述主弹体7的外壁接触连接。
空化器11，为圆盘式结构，其轴线与所述整流罩1的轴线重合，设置在所述整流罩1的头部内，并与所述整流罩1的头部内壁接触连接；
阻尼装置，设置在所述整流罩1内，且位于所述空化器11与所述主弹体7之间；
电磁铁33，设置在所述主弹体7的头部内，用于吸附所述阻尼装置。
所述阻尼装置包括：
密封压力缸13，其头部与所述空化器11固定连接；
活塞34，设置在所述密封压力缸13内，并与所述密封压力缸13相配合；
安装座35，设置在所述整流罩1的尾部内，并与所述主弹体7的头部端面接触连接；
活塞杆14，其尾部与所述安装座35固定连接，其头部与所述空化器11固定连接；
拉力弹簧15，套设在所述活塞杆14上，其尾端与所述安装座35固定连接，其头端与所述活塞34固定连接；
气腔，所述活塞34与所述密封压力缸13的头部之间的空腔；
缓冲气，充满所述气腔，为高压惰性气体；
阻尼器保护罩6，套设在所述阻尼装置外，其头部与所述空化器11接触连接，其尾部与所述安装座35接触连接；
气腔外部保护筒12，所述密封压力缸13的头部通过所述气腔外部保护筒12与所述空化器11的尾部固定连接，所述气腔外部保护筒12套设在所述密封压力缸13外，且其头端与所述空化器11固定连接，其内壁与所述密封压力缸13的外壁固定连接；
止挡面36，倾斜设置在所述气腔外部保护筒12的前部；
阻尼器外部套筒16，套设在所述气腔外部保护筒12外，并与所述气腔外部保护筒12滑动配合，其头端设有与所述止挡面36相配合的外部冲击止块18；
阻尼器保护防尘套17，安装在所述阻尼器外部套筒16外壁，且尾部端面与所述安装座35固定连接；
橡胶冲击挡块19，位于所述阻尼器外部套筒16尾部端面与所述阻尼器保护防尘套17尾部端面之间，套设在所述活塞杆14的尾端，且其尾部端面与所述阻尼器保护防尘套17的尾部端面固定连接。
一种用于航行体高速入水的复合降载装置还包括：
金属基泡沫Ⅰ2，设置在所述整流罩1内，其尾部端面与所述空化器11的头部端面接触连接，其头部端面与所述整流罩1头部之间具有变形腔，其侧壁与所述整流罩1的内壁相匹配，且接触连接；
高分子聚合物泡沫层3，设置在所述整流罩1内，其头部端面与所述空化器11的尾部端面接触连接，其侧壁与所述整流罩1的内壁相匹配，且接触连接；
金属基泡沫层Ⅱ4，设置在所述整流罩1内，其头部端面与所述高分子聚合物泡沫层3的尾部端面接触连接，其侧壁与所述整流罩1的内壁相匹配，且接触连接；
聚氨酯泡沫层5，设置在所述整流罩1内，其头端端面与所述金属基泡沫层Ⅱ4的尾部端面接触连接，其尾部端面与所述安装座35接触连接，其侧壁与所述整流罩1的内壁相匹配，且接触连接；所述聚氨酯泡沫层5为中低密度聚氨酯泡沫制成；
所述高分子聚合物泡沫层3、所述金属基泡沫层Ⅱ4和所述聚氨酯泡沫层5包裹所述阻尼装置，并与所述阻尼装置的外壁接触连接。
所述高分子聚合物泡沫层3、所述金属基泡沫层Ⅱ4和所述聚氨酯泡沫层5采用两半式结构，便于安装。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种用于航行体高速入水的复合降载装置，其特征在于，包括：
整流罩，其头部密封，且呈尖拱型，其尾端内壁与主弹体的头部外壁可分离连接；
空化器，为圆盘式结构，其轴线与所述整流罩的轴线重合，设置在所述整流罩的头部内，并与所述整流罩的头部内壁接触连接；
阻尼装置，设置在所述整流罩内，且位于所述空化器与所述主弹体之间；
所述阻尼装置包括：
密封压力缸，其头部与所述空化器固定连接；
活塞，设置在所述密封压力缸内，并与所述密封压力缸相配合；
安装座，设置在所述整流罩的尾部内，并与所述主弹体的头部端面接触连接；
活塞杆，其尾部与所述安装座固定连接，其头部与所述空化器固定连接；
拉力弹簧，套设在所述活塞杆上，其尾端与所述安装座固定连接，其头端与所述活塞固定连接；
气腔，所述活塞与所述密封压力缸的头部之间的空腔；
缓冲气，充满所述气腔。
2.根据权利要求1所述的一种用于航行体高速入水的复合降载装置，其特征在于，还包括：
电磁铁，设置在所述主弹体的头部内，用于吸附所述安装座。
3.根据权利要求1所述的一种用于航行体高速入水的复合降载装置，其特征在于，所述阻尼装置还包括：
阻尼器保护罩，套设在所述阻尼装置外，其头部与所述空化器接触连接，其尾部与所述安装座接触连接；
气腔外部保护筒，所述密封压力缸的头部通过所述气腔外部保护筒与所述空化器的尾部固定连接，所述气腔外部保护筒套设在所述密封压力缸外，且其头端与所述空化器固定连接，其内壁与所述密封压力缸的外壁固定连接；
止挡面，倾斜设置在所述气腔外部保护筒的前部；
阻尼器外部套筒，套设在所述气腔外部保护筒外，并与所述气腔外部保护筒滑动配合，其头端设有与所述止挡面相配合的外部冲击止块；
阻尼器保护防尘套，安装在所述阻尼器外部套筒外壁，且尾部端面与所述安装座固定连接；
橡胶冲击挡块，位于所述阻尼器外部套筒尾部端面与所述阻尼器保护防尘套尾部端面之间，套设在所述活塞杆的尾端，且其尾部端面与所述阻尼器保护防尘套的尾部端面固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于航行体高速入水的复合降载装置，其特征在于，还包括：
金属基泡沫层Ⅰ，设置在所述整流罩内，其尾部端面与所述空化器的头部端面接触连接，其头部端面与所述整流罩头部之间具有变形腔，其侧壁与所述整流罩的内壁相匹配，且接触连接；
高分子聚合物泡沫层，设置在所述整流罩内，其头部端面与所述空化器的尾部端面接触连接，其侧壁与所述整流罩的内壁相匹配，且接触连接；
金属基泡沫层Ⅱ，设置在所述整流罩内，其头部端面与所述高分子聚合物泡沫层的尾部端面接触连接，其侧壁与所述整流罩的内壁相匹配，且接触连接；
聚氨酯泡沫层，设置在所述整流罩内，其头端端面与所述金属基泡沫层Ⅱ的尾部端面接触连接，其尾部端面与所述安装座接触连接，其侧壁与所述整流罩的内壁相匹配，且接触连接；
所述高分子聚合物泡沫层、所述金属基泡沫层Ⅱ和所述聚氨酯泡沫层包裹所述阻尼装置，并与所述阻尼装置的外壁接触连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于航行体高速入水的复合降载装置，其特征在于，所述整流罩的尾部与主弹体的头部外壁通过连接结构可分离连接。
6.根据权利要求5所述的一种用于航行体高速入水的复合降载装置，其特征在于，所述连接结构包括：
多个金属片，且多个所述金属片围绕所述主弹体的轴线均匀分布，所述金属片的一端与所述整流罩的尾端固定连接，其另一端向所述整流罩的头端延伸后又返回向所述整流罩的尾端延伸，并穿入加工在所述主弹体外壁上的金属片卡槽后发生弧形弯曲，且端部与所述主弹体的外壁接触连接。
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