CN113624442A - 一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱及使用方法，其外形为圆柱体形，组成包括桶盖、水箱主体部分钢桶、视窗、支撑腿、进出水管口、线缆管口等部分，桶盖和钢桶之间通过吊环螺栓和蝶形螺母连接，钢桶侧面开有视窗，前后对称分布，方便光线进入更清楚的观察记录水下发射的试验现象，钢桶内部壁面还设计有与其他水下发射试验的辅助装置配合的支撑板，整个水箱在不注水时可以实现密封并抽成真空状态，进行其他试验研究。本发明中的多窗口水箱相比于之前进行水下发射试验的长方体形水箱，结构强度高，圆柱形节省空间，进水排水方便，试验效率高，水箱内部为真空状态时可研究空化数相似等现象。

Description

一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱及使用方法

技术领域

本发明属于多航行体水下垂直发射试验领域，特别涉及一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱及使用方法。

背景技术

水下航行体由于其威力大，射程远，精度高，隐蔽性和机动性好等特点而被广泛研究，但同时其在水中航行的过程有多种复杂性和不确定性，而直接对水下航行体进行实验研究耗费成本高且效果不显著，因此通过开展缩比模型试验来研究水下垂直发射航行体水中运动过程中相关干扰因素的影响可以为垂直发射潜射导弹的研究提供更多的实验依据。

水下垂直发射航行体模型在水中运动的过程一般要经历三个阶段，即出筒阶段、水中航行阶段和出水阶段，各个过程的特点和空泡演化现象不同。在出筒阶段，利用高压气体将航行体模型以一定的初始速度从密封的发射筒内弹出，附着在航行体肩部的空泡初始形成；水中航行阶段，航行体依靠出筒时的初始速度保持航行，离水面的距离不断减小，环境压力逐渐降低，航行体表面的空泡区域不断发展增加，受到外界的干扰影响时，航行体模型的弹道偏移和空泡演化等现象亦有所不同；出水阶段，航行体穿过水面，空泡在此过程中破裂溃灭，产生较大的溃灭压力作用在航行体表面，对航行体的运动姿态产生重要影响。整个水中运动的过程中航行体处在一个复杂多变的流场环境中。

进行航行体模型的水下发射试验需要相关实验设备的支撑，其中就包括可以用来进行水下发射试验的水箱。之前进行水下发射试验的水箱形状是长方体形的，水箱的材料为亚克力有机玻璃，水箱透明且易于观察和记录试验现象，水箱的强度可满足水下发射试验的要求。但之前的水箱所占空间体积较大，水箱上层没有箱盖是开口状的，不能满足密封试验研究的条件，且因为在亚克力水箱侧面开口后其强度会降低所以水箱没有进出水口，进水排水有困难，还有由于水箱内部没有与之配合的可以使发射装置升降的装吊升降平台，所以每进行一次发射试验时都需要使用吊车将水箱内部的整个发射试验装置吊起，完成清理干燥发射筒、填装弹体模型等一系列的准备工作，耗费了更多时间，影响试验进行的效率和整体性。

因此为了克服之前水箱存在的这些问题，本发明旨在设计一种可用于水下发射试验的多窗口水箱，该水箱上有桶盖可以进行密封，所占空间体积小，同时还有进水管口和排水管口，注水排水方便，同时在水箱内部设计安装有与水箱配合使用的装吊升降平台，用于试验中将发射装置升起和降下，节省试验时间，提高了试验效率和便利性。在注水后该多窗口圆柱形水箱不仅能进行之前长方体形水箱开展的水下发射试验，还可以开展一些之前水箱的条件所不能达到的试验研究，丰富研究内容，如真空密封状态下进行水下发射试验的空化数相似等研究。可以使用该多窗口水箱进行水下航行体模型的发射试验，完成单航行体模型发射和多航行体模型发射试验。

国内王聪，卢佳兴等人之前进行了一些水下航行体的缩比模型发射试验，这些试验所采用的水箱即上述的长方体形水箱，可进行的研究内容不够丰富，排水等问题处理也不方便。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对之前水下发射试验水箱不能满足相关研究内容要求的状况，本发明设计了一种可用于进行水下垂直发射试验的圆柱形多窗口水箱，该水箱在不注水时可抽成真空状态，盖上桶盖关闭进出水管口等实现密封环境，进行弗劳德数相似和空化数相似等方面的研究，更近一步将水下垂直发射航行体模型试验与实际的导弹发射过程联系起来，将试验的结论数据更好的应用于实际潜射导弹垂直发射的研究中。

本发明的技术方案是：一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱，包括钢桶、桶盖、环形起吊口、连接组件、进水管口、线缆管道、支撑腿、出水管口、旋拧阀门、视窗组件和支撑板；钢桶顶部开口通过桶盖进行密封，钢桶底部通过支撑腿进行稳定支撑；桶盖上设有环形起吊口便于桶盖开合，并通过连接组件实现与钢桶的密封连接；钢桶侧面开有视窗便于观察试验进展；钢桶侧壁上分别开有进水管口和出水管口，中部开有密封的线缆管道，其中出水管口处设有旋拧阀门。

本发明进一步的技术方案是：所述连接组件包括蝶形螺母、吊环螺栓和活结座；吊环螺栓将钢桶和桶盖进行连接，吊环螺栓的下半段与钢桶上的活结座转动连接，上半段穿过桶盖后通过蝶形螺母固定，配套的吊环螺栓、蝶形螺母及对应的活结座共若干组，均匀周向分布在桶盖上。

本发明进一步的技术方案是：所述视窗组件包括视窗、视窗盖和视窗玻璃，其中视窗向外凸出，连接视窗盖和视窗玻璃，透过视窗玻璃观察记录水下发射试验现象。

本发明进一步的技术方案是：所述线缆管道用于将内部试验装置线缆与外部设备进行连接。

本发明进一步的技术方案是：一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：进行水下发射试验时先向多窗口水箱注水，注水深度应满足试验的要求，保证航行体模型在出筒后水中航行过程的距离足够；注水前先将出水管口的旋拧阀门关闭，线缆管道口处做封闭处理，保证无漏水现象发生；

步骤2：打开桶盖，在水箱内部放置并安装试验设备；

步骤3：将安装好的水下发射试验装置升出水面，干燥发射装置的发射筒内部，装填航行体模型并密封发射筒，完成一系列的准备工作后开始进行水下发射试验；

步骤4：完成发射试验后，打开水箱底部出水口处的旋拧阀门将水箱内的水排出，排水结束后关闭阀门，并在水箱上盖上桶盖，完成整个水箱的使用操作流程。

本发明进一步的技术方案是：每进行一次水下发射试验，都需将发射试验装置升出水面，完成步骤3中的干燥密封工作。

本发明进一步的技术方案是：若对水下发射试验装置开展密封条件下的研究时，在桶内不注水同时将桶盖通过吊环螺栓和蝶形螺母连接固定于水箱上面，关闭进出水管口及线缆管口，实现密封。

本发明进一步的技术方案是：所述钢桶的桶内进行抽真空，可进行水下发射航行体模型过程中的空化数相似方面的研究。

发明效果

本发明的技术效果在于：为了研究水下发射航行体运动过程中的空泡演化现象及流动干扰特性等方面，本发明的多窗口水箱可以提供进行水下发射缩比模型试验的外部条件，本发明可用于进行单航行体模型发射试验和双筒双航行体模型发射试验，后续进行多航行体水下发射试验的研究。相比于之前的进行水下发射试验的水箱，本发明水箱的优势在于可密封，节省空间，进水排水方便，试验效率高，还可研究空化数相似等现象。

附图说明

图1为多窗口水箱的正面主视图

图2为多窗口水箱的俯视图

图3为多窗口水箱中间竖直截面的剖视图

附图标记说明：1-环形起吊口，2-桶盖，3-进水管口，4-蝶形螺母，5-吊环螺栓，6-活结座，7-钢桶，8-线缆管道口，9-柱形支撑腿，10-视窗，11-视窗盖，12-视窗玻璃，13-出水管口，14-旋拧阀门(黄铜)，15、16-支撑板(同装吊升降装置配合处)。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1-图3，本发明为用于水下垂直发射试验的多窗口水箱及使用方法，其中水箱形状为圆柱体形，水箱主体部分为中部钢桶，顶部连有桶盖，底部有四个柱形支撑腿架保持水箱主体稳定，桶盖上侧表面设计有两个环形起吊口方便桶盖的打开与闭合，桶盖和钢桶之间通过吊环螺栓连接，吊环螺栓的下半段与钢桶上的活结座连接，上半段穿过桶盖后通过蝶形螺母来固定，配套的螺栓螺母及对应的活结座一圈共12个。水箱采用的材料为钢质不透明,为了保证其可以进行密封及开进水口和排水口后的强度要求，同时为了可以方便观察并记录到发射试验现象，在水箱侧面开有视窗，视窗玻璃透明，视窗向外凸出，连接视窗盖及玻璃，透过视窗玻璃可以清楚看到水箱的内部情况，观察记录水下发射试验现象。在钢桶的顶部及底部有进水口和排水口，中层位置处开有线缆管道口，线缆管口穿过电线将水箱内部的发射试验装置所需的电机和外界电源及控制设备连接起来，整个水箱不注水时可以实现密封完成相应实验研究。

水箱的基本尺寸为圆柱形钢桶半径1.2m,高度为2m，初步用来进行水下发射试验的航行体模型的长度为50mm，长径比为10，水箱上长方形视窗高度1.3m，宽度0.5m，进水管口和出水管口的管道内径尺寸设计为30mm，线缆管道口内径设计为100mm，吊环螺栓和蝶形螺母参考钢桶尺寸及国标来选择，配套设计对应活结座的尺寸，出水管口处连接的黄铜阀门参考出水管内径选择。

下面依据附图和具体实施方式对本发明中的多窗口水箱作进一步说明。

在进行航行体模型的水下发射试验时，水箱作为主要的支撑设备保证了发射试验的正常进行，正式开始研究发射过程中的流动干扰特性试验之前需要给水箱注水，该多窗口水箱使用的具体方法如下：

(1)进行水下发射试验时需要先向多窗口水箱注水至一定深度，该深度应满足试验的要求，保证航行体模型在出筒后水中航行过程的距离足够。注水前先将出水管口的旋拧阀门关闭，线缆管道口处亦封闭处理，保证无漏水现象发生，打开桶盖将水箱内部需要放置及安装的试验设备提前放好，有水下发射试验装置、装吊升降平台，水下滑移导轨等设备；

(2)完成水箱注水工作后，将之前安装好的水下发射试验装置利用装吊升降平台升出水面，干燥发射装置的发射筒内部，装填航行体模型并密封发射筒，完成一系列的准备工作后开始进行水下发射试验；

(3)试验的过程中，多窗口钢桶水箱的上层应加上防护装置，用以拦截水下发射时出水运动的航行体模型，同时准备打捞装置将模型从水中捡起。每进行一次水下发射试验，就需要将发射装置升起来，回收并重新装填航行体模型，干燥、密封完成和上述同样的准备工作，进行到下一次的水下发射试验当中；

(4)完成发射试验后，打开水箱底部出水口处的旋拧阀门将水箱内的水排出，排水结束后关闭阀门，并在水箱上盖上桶盖，完成整个水箱的使用操作流程。进行其他水下发射试验的研究时，若需要密封状态，可将桶盖通过吊环螺栓和蝶形螺母连接固定于水箱上面，关闭进出水管口及线缆管口，实现密封条件展开研究，也可将水箱内部抽成真空状态，进行水下发射航行体模型过程中的空化数相似等研究。

Claims (8)

1.一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱，其特征在于，包括钢桶(7)、桶盖(2)、环形起吊口(1)、连接组件、进水管口(3)、线缆管道(8)、支撑腿(9)、出水管口(13)、旋拧阀门(14)、视窗组件和支撑板；钢桶(7)顶部开口通过桶盖(2)进行密封，钢桶(7)底部通过支撑腿(9)进行稳定支撑；桶盖(2)上设有环形起吊口(1)便于桶盖(2)开合，并通过连接组件实现与钢桶(7)的密封连接；钢桶(7)侧面开有视窗便于观察试验进展；钢桶(7)侧壁上分别开有进水管口(3)和出水管口(13)，中部开有密封的线缆管道(8)，其中出水管口(13)处设有旋拧阀门(14)。

2.如权利要求1所述的一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱，其特征在于，所述连接组件包括蝶形螺母(4)、吊环螺栓(5)和活结座(6)；吊环螺栓(5)将钢桶(1)和桶盖(2)进行连接，吊环螺栓(5)的下半段与钢桶(1)上的活结座(6)转动连接，上半段穿过桶盖(2)后通过蝶形螺母(4)固定，配套的吊环螺栓(5)、蝶形螺母(4)及对应的活结座(6)共若干组，均匀周向分布在桶盖(2)上。

3.如权利要求1所述的一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱，其特征在于，所述视窗组件包括视窗(10)、视窗盖(11)和视窗玻璃(12)，其中视窗(10)向外凸出，连接视窗盖(11)和视窗玻璃(12)，透过视窗玻璃观察记录水下发射试验现象。

4.如权利要求1所述的一种用于水下垂直发射试验的多窗口水箱，其特征在于，所述线缆管道(8)用于将内部试验装置线缆与外部设备进行连接。

5.一种如权利要求1所述用于水下垂直发射试验的多窗口水箱的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：进行水下发射试验时先向多窗口水箱注水，注水深度应满足试验的要求，保证航行体模型在出筒后水中航行过程的距离足够；注水前先将出水管口的旋拧阀门关闭，线缆管道口处做封闭处理，保证无漏水现象发生；

步骤2：打开桶盖，在水箱内部放置并安装试验设备；

步骤3：将安装好的水下发射试验装置升出水面，干燥发射装置的发射筒内部，装填航行体模型并密封发射筒，完成一系列的准备工作后开始进行水下发射试验；

步骤4：完成发射试验后，打开水箱底部出水口处的旋拧阀门将水箱内的水排出，排水结束后关闭阀门，并在水箱上盖上桶盖，完成整个水箱的使用操作流程。

6.如权利要求5所述的用于水下垂直发射试验的多窗口水箱的使用方法，其特征在于，每进行一次水下发射试验，都需将发射试验装置升出水面，完成步骤3中的干燥密封工作。

7.如权利要求5所述的用于水下垂直发射试验的多窗口水箱的使用方法，其特征在于，若对水下发射试验装置开展密封条件下的研究时，在桶内不注水同时将桶盖通过吊环螺栓和蝶形螺母连接固定于水箱上面，关闭进出水管口及线缆管口，实现密封。

8.如权利要求7或所述的用于水下垂直发射试验的多窗口水箱的使用方法，其特征在于，所述钢桶(7)的桶内进行抽真空，可进行水下发射航行体模型过程中的空化数相似方面的研究。

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