CN113650722B - 一种无干涉任意转向空化器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下超空泡空化器技术领域，具体涉及一种无干涉任意转向空化器。本发明克服了空化器与推杆发生接触干涉的问题，提供了能任意改变水下航行体转向而不发生零部件之间干涉的空化器。本发明采用的球铰链就解决了圆盘与推杆之间的干涉问题，圆盘可以任意方向转动，实现水下航行体任意方向的俯仰和偏航。除此之外，空化器内部的导气装置排出的气体和空化器锥形状边缘产生的大量超空泡相结合，共同包裹航行体来减少阻力。

Description

一种无干涉任意转向空化器
技术领域
本发明属于水下超空泡空化器技术领域，具体涉及一种无干涉任意转向空化器。
背景技术
空化器是水下高速航行体必不可少的装置，安装在航行体头部，在速度驻点处的空化现象产生超空泡，圆盘空化器和圆锥空化器是最常用的空化器种类，其中圆锥形空化器产生的超空泡较少，无法满足航行速度的要求，所以更常见的是圆盘形空化器。空化器除自身产生的超空泡外，还可以在航行体内部人为的产生气体，由导气通道传送到航行体头部来覆盖航行体。水下航行体在运动过程中由于沾湿面而出现前进阻力增大的现象，使得运动速度大大降低。当航行体的速度迅速增加时，空化器上的液体局部压力会急剧下降到饱和蒸气压以下，空化核变大形成超空泡，附着在航行体上的超空泡能将接触介质由液体变为气体，这样航行体表面的沾湿面就有了很大程度上的减少，航行速度显著的增加。
传统的航行体发生偏航和俯仰运动都是依靠尾部的螺旋桨，但对于高速运动的航行体，头部产生少量的超空泡会漂流至螺旋桨处，造成螺旋桨的空转，即在气体中发生转动，这使得螺旋桨给液体的作用力和水给螺旋桨的反作用力减少，航行体就会出现运动吃力的现象，航行体转向受到很大的影响，故在头部发生偏航和俯仰是现在设计空化器的新思路。近些年发展起来的偏航空化器通过调节空化器前板的转角可以改变航行体的运动姿态，使航行体偏航转向，但在转动时圆盘与推杆之间会发生接触干涉，使得空化器的转动卡死，而本发明采用的球铰链就解决了圆盘与推杆之间的干涉问题，圆盘可以任意方向转动。除此之外，空化器内部的导气装置排出的气体和空化器锥形状边缘产生的大量超空泡相结合，共同包裹航行体来减少阻力。
发明内容
本发明的目的在于克服空化器与推杆发生接触干涉的问题，提供一种无干涉任意转向空化器。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括空化器前盘、空化器中盘、空化器后盘、主承力杆和四个转向推杆；所述的空化器前盘上开设有铰接槽和四个螺纹孔，铰接槽位于空化器前盘中部，四个螺纹孔围绕铰接槽周向分布，在铰接槽底部有设出气孔；所述的空化器前盘周边呈锥状；所述的空化器中盘上开设有锥形槽、四个螺纹孔和四个球槽，锥形槽位于空化器中盘中部，四个螺纹孔和四个球槽围绕锥形槽周向相间分布，在锥形槽底部开设有导向孔；所述的空化器中盘周边设有与空化器前盘相同的锥度；所述的空化器后盘整体呈圆环形，在圆环上开设有四个锥形槽和四个锥形沉头孔，四个锥形槽和四个锥形沉头孔沿圆环周向相间分布，在四个锥形槽底部均开设有导向孔；所述的主承力杆和四个转向推杆前端均安装有球体；所述的安装在主承力杆前端的球体前端开设有球槽，在球槽底部开设有贯穿整个主承力杆的导气孔；所述的空化器前盘、空化器中盘、空化器后盘顺序叠放并通过四根螺钉连接，螺钉完全嵌入空化器后盘的锥形沉头孔中并依次穿过空化器中盘、空化器前盘的螺纹孔；所述的主承力杆前端的球体与空化器前盘的铰接槽铰接，主承力杆的后端依次穿过空化器中盘的锥形槽和空化器后盘；所述的四个转向推杆前端的球体分别与空化器中盘的四个球槽铰接，四个转向推杆的后端分别穿过空化器后盘的四个锥形槽。
本发明的有益效果在于：
本发明克服了空化器与推杆发生接触干涉的问题，提供了能任意改变水下航行体转向而不发生零部件之间干涉的空化器。本发明采用的球铰链就解决了圆盘与推杆之间的干涉问题，圆盘可以任意方向转动，实现水下航行体任意方向的俯仰和偏航。除此之外，空化器内部的导气装置排出的气体和空化器锥形状边缘产生的大量超空泡相结合，共同包裹航行体来减少阻力。
附图说明
图1为本发明的整体示意图。
图2为本发明的装配爆炸图。
图3为本发明中主承力杆的示意图。
图4为本发明中空化器前盘的示意图。
图5为本发明中空化器中盘的示意图。
图6为本发明中空化器后盘的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明属于水下产生超空泡的空化器设计领域，具体涉及一种任意改变水下航行体转向而不发生零部件之间干涉的空化器。本发明的目的是为克服空化器与推杆发生接触干涉的问题而提供一种在空化器与推杆连接处球铰接的一种无干涉任意转向空化器，可以在空化器转动过程中避免推杆和空化器圆盘发生接触干涉。
一种无干涉任意转向空化器，包括空化器前盘1、空化器中盘2、空化器后盘3、主承力杆4和四个转向推杆(第一转向推杆5-1、第二转向推杆5-2、第三转向推杆5-3、第四转向推杆5-4)；
所述的空化器前盘1上开设有铰接槽10和四个螺纹孔(第一前螺纹孔9-1、第二前螺纹孔9-2、第三前螺纹孔9-3、第四前螺纹孔9-4)，铰接槽10位于空化器前盘1中部，四个螺纹孔围绕铰接槽10周向分布，在铰接槽10底部有设出气孔；所述的空化器前盘1周边呈锥状；
所述的空化器中盘2上开设有锥形槽13、四个螺纹孔(第一中螺纹孔11-1、第二中螺纹孔11-2、第三中螺纹孔11-3、第四中螺纹孔11-4))和四个球槽(第一中球槽12-1、第二中球槽12-2、第三中球槽12-3、第四中球槽12-4)，锥形槽13位于空化器中盘2中部，四个螺纹孔和四个球槽围绕锥形槽13周向相间分布，在锥形槽13底部开设有导向孔；所述的空化器中盘2周边设有与空化器前盘1相同的锥度；
所述的空化器后盘3整体呈圆环形，在圆环上开设有四个锥形槽(第一后锥形槽15-1、第二后锥形槽15-2、第三后锥形槽15-3、第四后锥形槽15-4)和四个锥形沉头孔(第一锥形沉头孔14-1、第二锥形沉头孔14-2、第三锥形沉头孔14-3、第四锥形沉头孔14-4)，四个锥形槽和四个锥形沉头孔沿圆环周向相间分布，在四个锥形槽底部均开设有导向孔；
所述的主承力杆4和四个转向推杆前端均安装有球体；所述的安装在主承力杆4前端的球体前端开设有球槽8，在球槽8底部开设有贯穿整个主承力杆4的导气孔7；所述的主承力杆4前端的球体安装在空化器前盘1的铰接槽10中，主承力杆4的后端依次穿过空化器中盘 2的锥形槽13和空化器后盘3；
所述的四个转向推杆前端的球体分别安装在空化器中盘2的四个球槽中，四个转向推杆的后端分别穿过空化器后盘3的四个锥形槽；
本发明周边含有锥角，可以产生更多的超空泡，圆盘与推杆之间采用球铰接的方式连接，圆盘偏转时不会与推杆发生干涉，可以实现航行体任意方向的俯仰和偏航。
空化器前盘含有四个螺纹孔和一个铰接槽，其中铰接槽底部有一个出气孔，目的是将承力杆中传来的气体导出，增加航行体身上覆盖的气体以减少航行过程中受到的阻力。空化器前盘周边呈锥状，目的是使液体流过时产生更大的负压，产生更多的超空泡。
空化器中盘有四个螺纹孔和四个推杆铰接的球槽，中间是一个主承力杆的导向孔，导向孔前端是中盘与球铰链铰接的球槽，球槽的相反方向有一个供空化器转动的自由空间，目的是防止空化器与主承力杆发生干涉，中盘周边同样含有大小和前盘相同的锥度。
空化器后盘含有四个推杆的导向孔和四个锥形沉头孔，导向孔的形状设计同中盘相同，沉头孔可以将螺钉完全嵌入，保持结构整体外形的完整性，避免螺钉与其他结构发生干涉。空化器前盘、中盘和后盘用四个锥头螺钉连接。
主承力杆和四个推杆前端都与球连接，整个主承力杆中间有导气孔，主承力杆球前端的导气孔非常大，目的是防止空化器在转动时铰接槽将导气孔堵死。
空化器前盘先与主承力杆相连，接着依次安放中盘、四个推杆、推杆和中盘，最后安装后盘。主承力杆球与前盘中盘铰接，推杆球与中盘后盘铰接。
空化器转动由推杆实现，推杆均匀分布在空化器的圆周上，可以通过四个推杆的配合实现航行体任意方向的俯仰偏航。主承力杆中间导气孔传出气体与空化器自身产生的水蒸气相混合，共同包裹航行体，最大程度的减少沾湿面，提高航行体的速度。
本发明与现有空化器的不同之处在于采用球铰接的方式实现航行体任意方向上的俯仰和偏航，并且在空化器转动过程中推杆不会和空化器圆盘发生触碰干涉，圆盘空化器的锥形边缘产生大量的超空泡与主承力杆传出的气体混合后共同包裹航行体移动，极大的减少了航行体在水下运动的阻力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用的球铰链就解决了圆盘与推杆之间的干涉问题，圆盘可以任意方向转动，实现水下航行体任意方向的俯仰和偏航。除此之外，空化器内部的导气装置排出的气体和空化器锥形状边缘产生的大量超空泡相结合，共同包裹航行体来减少阻力。
实施例1：
附图1是装配完整的空化器结构。附图2是空化器装配体的爆炸视图，从图中可以很清晰的看清空化器的连接位置，空化器前盘先和主承力杆连接，然后依次安放空化器中盘、四个推力杆、空化器后盘和四个锥形螺钉。
附图3展示了主承力杆铰接部位的具体细节，在主承力杆中间有一条贯穿整个杆的导气孔，在航行体运动时可以从内部导入额外的气体来覆盖航行体，以达到减阻的目的。在球的底部可以明显看到一个挖空的球槽8，它的作用是增大导气空间，在空化器发生转动时，导气孔太小会导致空化器前盘铰接处把气孔堵死，内部的气体传出就会受阻，因此此处的设计是为了主承力杆能顺利的导出气体。在附图4就说明了这一点，无论空化器怎么转动，球槽 8都能与空化器前盘的球槽10保留一定的出气口。空化器前盘也展示了四个螺纹孔(第一前螺纹孔9-1、第二前螺纹孔9-2、第三前螺纹孔9-3、第四前螺纹孔9-4)，用于整体结构的夹紧固定。空化器前盘周边呈锥形，此处设计是为了产生更多的超空泡，超空泡的产生与液体流动的压力有关，这里的锥角能使液体迅速的达到水蒸气的压力，产出大量的超空泡。
附图5是空化器的中盘，中盘中间除了有主承力杆铰接的球槽外还有一个锥形槽13，锥形槽的作用是使主承力杆转动不发生触碰干涉，在空化器转动过程中，空化器中盘的转动空间将会与主承力杆自身所在空间发生交涉，主承力杆是整个空化器的受力部分，不能以减小主承力杆的体积质量为代价消除干涉，故在空化器中间挖出一个锥形槽来防止主承力杆和空化器中盘之间的触碰干涉。同样的在空化器中盘周围布有四个螺纹孔，连接整个空化器。
附图6是空化器后盘，后盘上有四个作用效果和空化器中盘中的锥形槽13一样的锥形槽(第一后锥形槽15-1、第二后锥形槽15-2、第三后锥形槽15-3、第四后锥形槽15-4)，其后的铰接槽和推杆铰接，这里不再重述。除此之外，空化器后盘还有四个锥形沉头孔，目的是使锥形螺钉头部完全与空化器后盘称为一体，防止与其他部件发生干涉。
空化器的偏航和俯仰依靠四根推杆，当推杆发生不对称移动时就会使空化器绕着中间的主承力杆球部转动，通过控制各推杆的移动量就可以达到控制航行体任意方向的运动。主承力杆固定在航行体头部，保持固定不动，四根推杆则与航行体内部的转机通过曲柄滑块机制连接，推杆的不对称移动通过变速齿轮箱实现。
以航行体的俯仰运动为例来描述空化器结构的具体实施细则。当航行体在水下快速移动时，空化器左右两杆保持不动，若上杆的伸长量大于下杆的伸长量，空化器上端相对于下端向前转动，航行体产生了一个抬头的力矩，使航行体头部仰起，即航行体向水面方向运动；若上杆的伸长量小于下杆的伸长量，空化器下端相对于上端向前转动，航行体产生了一个低头的力矩，使航行体头部向下，即航行体向水底方向运动。航行体的偏航运动只控制左右两杆的移动量即可，过程与俯仰运动相似，这里不再复述，对于其它方向的运动则需要三杆或四杆的配合。总之，控制航行体任意方向的运动是通过控制四根杆的移动量实现的。
必须指明的是，上述空化器在转动过程中都是通过本发明的球铰接实现的，空化器绕着主承力杆端部的铰接球任意方向转动而不发生主承力杆和空化器中盘之间的干涉，主承力杆端部的导气孔也不会发生堵死，整个空化器结构都能顺利的实现具备的功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种无干涉任意转向空化器，其特征在于：包括空化器前盘、空化器中盘、空化器后盘、主承力杆和四个转向推杆；所述的空化器前盘上开设有铰接槽和四个螺纹孔，铰接槽位于空化器前盘中部，四个螺纹孔围绕铰接槽周向分布，在铰接槽底部有设出气孔；所述的空化器前盘周边呈锥状；所述的空化器中盘上开设有锥形槽、四个螺纹孔和四个球槽，锥形槽位于空化器中盘中部，四个螺纹孔和四个球槽围绕锥形槽周向相间分布，在锥形槽底部开设有导向孔；所述的空化器中盘周边设有与空化器前盘相同的锥度；所述的空化器后盘整体呈圆环形，在圆环上开设有四个锥形槽和四个锥形沉头孔，四个锥形槽和四个锥形沉头孔沿圆环周向相间分布，在四个锥形槽底部均开设有导向孔；所述的主承力杆和四个转向推杆前端均安装有球体；所述的安装在主承力杆前端的球体前端开设有球槽，在球槽底部开设有贯穿整个主承力杆的导气孔；所述的空化器前盘、空化器中盘、空化器后盘顺序叠放并通过四根螺钉连接，螺钉完全嵌入空化器后盘的锥形沉头孔中并依次穿过空化器中盘、空化器前盘的螺纹孔；所述的主承力杆前端的球体与空化器前盘的铰接槽铰接，主承力杆的后端依次穿过空化器中盘的锥形槽和空化器后盘；所述的四个转向推杆前端的球体分别与空化器中盘的四个球槽铰接，四个转向推杆的后端分别穿过空化器后盘的四个锥形槽。
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6684801B1 (en) * 2002-10-03 2004-02-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Supercavitation ventilation control system
JP2005096497A (ja) * 2003-09-22 2005-04-14 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中航走体
CN105352704B (zh) * 2015-11-19 2017-12-22 中国运载火箭技术研究院 一种可变锥角的圆锥空化器
CN108860446B (zh) * 2018-07-09 2020-07-28 哈尔滨工程大学 一种并联多自由度空化器
CN110053705B (zh) * 2019-05-09 2021-04-20 哈尔滨工程大学 一种应用于高速水面艇的多截面通气减阻方法及装置

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