CN114455043B - 一种舰艇水下爆炸气泡防护装置及防护方法 - Google Patents

一种舰艇水下爆炸气泡防护装置及防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种舰艇水下爆炸气泡防护装置及防护方法，所述防护装置包括呈中空结构的水翼支柱和水翼，所述水翼内径向穿设有用于调节水翼攻角的转轴，所述水翼支柱固定于舰首底部，所述舰首底部设有与水翼相配合的喷气机构，所述水翼支柱左右对称设有两个且其下端均与水翼的上端密封连通，所述水翼支柱内均分别设有与转轴联动配合的行程控制机构。本发明中可快速生成超空化气泡及运动空泡场，使之与水下爆炸气泡发生耦合响应，从而改变水下爆炸气泡的射流和迁移方向，大幅度减小气泡载荷对舰艇的损伤效应，投入成本低，且极大地提高了舰艇结构的抗气泡冲击的防护效率和防护效果。

Description

一种舰艇水下爆炸气泡防护装置及防护方法
技术领域
本发明涉及船舶与海洋结构物防护技术领域，具体涉及一种基于水下爆炸气泡与舰船底部的超空化气泡及运动空泡场的耦合脉动效应的舰艇水下爆炸气泡防护装置及防护方法。
背景技术
水下爆炸气泡载荷，往往会对舰艇的结构造成冲击毁伤，是战争中造成舰艇失效和毁伤的重要因素。近年来，国内外对水下爆炸气泡载荷下的舰艇损伤及防护，一般采取增加舰体板材厚度、设置防爆舱等增强结构强度的措施，或者采取在结构表面附着低密度弹性材料减轻气泡冲击载荷的措施；但是，上述措施往往都需要大量的成本投入，且防护效果低。
现阶段已有通过气体与水下爆炸气泡相互作用，对舰艇进行防护的措施，如中国专利，公开号CN111547213A，公开一种舰艇抗水下爆炸气泡载荷的防护装置及防护方法，文中提出“舰艇正常作业时，采用气体压缩机对气舱进行充气，使气舱内储备有压缩气体，当舰艇遭受水下爆炸时，触发装置接收到信号，使靠近爆源位置的喷气孔打开，气舱内的压缩气体通过喷气孔喷出，喷出的气体通过以下四种方式中的一种或多种与水下爆炸气泡相互作用，对舰艇进行防护”。该现有技术中仅仅通过气舱喷出的压缩气体与水下爆炸气泡相互作用，对舰艇进行防护，其投入成本大，整体防护效果一般。
而中国专利，专利号CN107253515A，公开一种攻角可控的液压驱动式减纵摇T型水翼，文中提出“包括：翼体、机械传动部件和液压传感装置三个部分，翼体包括：柱翼、水平固定翼和襟尾翼，柱翼上端通过连接板安装在船体艏部龙骨下方，柱翼下端与水平固定翼垂直焊接，左右两个襟尾翼通过转轴对称地内嵌在水平固定翼中且可同步摆动；机械传动部件包括：转轴、液压缸接口、支臂、销轴和液压缸活塞杆，液压缸接口上端连接液压缸活塞杆，液压缸接口下端通过销轴与支臂铰链连接，支臂上端开有销轴的滑孔，下端与襟尾翼和转轴刚性连接”。该现有技术中虽然通过翼体与机械传动部件的设置，一定程度上实现了对于水翼攻角的控制，但是解决的主要问题是提升船舶的减摇效果，且该水翼仅设有一处机械传动部件，对于攻角调节的平稳性一般，即使生成空泡，其生成效率和具备的对于舰艇结构的防护效果也较低，解决不了快速高效地抗气泡冲击的技术问题。
为此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种舰艇水下爆炸气泡防护装置及防护方法，以解决上述背景技术中提出的现有气体作用式的舰艇水下爆炸气泡防护装置投入成本大，作业平稳性一般，防护效率和防护效果一般的技术问题。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种舰艇水下爆炸气泡防护装置，包括水翼支柱、水翼和电动支柱，所述水翼和水翼支柱均呈中空结构，所述水翼内径向穿设有用于调节水翼攻角的转轴，所述攻角的调节范围为0°～ 20°，所述电动支柱的上端密封固定连接于舰首底部，所述电动支柱的下端与水翼支柱的上端密封固定连接，所述水翼支柱通过电动支柱固定于舰首底部，所述水翼支柱左右对称设有两个且其下端均与水翼的上端密封连通，所述水翼支柱内均分别设有与转轴联动配合的行程控制机构，所述舰首底部还设有与水翼相配合的喷气机构，所述喷气机构包括安装于舰首底部的高压喷气头，所述高压喷气头为采用减缩喷口的高压喷气头，所述高压喷气头位于两个水翼支柱之间且朝向水翼设置；
进一步的，所述行程控制机构包括电动推杆、伸缩杆、竖直槽道、以及与竖直槽道滑移配合的滑块，所述竖直槽道设置于水翼支柱的内部，所述电动推杆的上端与水翼支柱的上端内壁固定连接，所述电动推杆的下端与滑块的一端固定连接，所述滑块的另一端与伸缩杆的一端相铰接，所述伸缩杆的另一端与转轴固定连接，其中，所述竖直槽道呈倒T型结构，所述滑块包括呈倒U型结构且与竖直滑槽滑移配合的滑移部、以及连接于电动推杆与伸缩杆之间的竖直安装部，所述竖直安装部一体式垂直连接于滑移部的上表面。
本发明还提供了上述舰艇水下爆炸气泡防护装置的防护方法，利用行程控制机构通过转轴调节水翼的攻角生成超空化气泡，同时配合利用喷气机构生成运动空泡场，基于水下爆炸气泡与舰首底部的超空化气泡及运动空泡场的耦合脉动效应，改变水下爆炸气泡的射流和迁移方向，从而避免水下爆炸气泡载荷对舰艇的冲击。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明中仅仅利用喷气机构、水翼、水翼支柱、转轴及行程控制机构协同作用，即可快速生成超空化气泡及运动空泡场，使之与水下爆炸气泡发生耦合响应，从而改变水下爆炸气泡的射流和迁移方向，大幅度减小气泡载荷对舰艇的损伤效应，投入成本低，且极大地提高了舰艇结构的抗气泡冲击的防护效率和防护效果；同时，通过左右对称的两个水翼支柱、及与之一一对应的行程控制机构的配合设置，有效地提高了攻角调节的平稳性，从而极大地提升了超空化气泡和运动空泡场生成的效率和稳定性，进一步保证了整体防护效率和防护效果；
2.本发明的防护装置，在舰艇处于战斗状态时，喷气机构处于工作状态，通过调节行程控制机构提供较大的水翼攻角，以减少喷气机构与水翼上表面的距离，并降低水翼上表面的流场压强，使运动空泡场的生成效率得到极大提升，与此同时，在水翼攻角调节的作用下，超空化各个阶段对应的临界空化数相应增大，使超空化气泡的生成效率得到极大提升，当水下爆炸在舰首底部形成脉动气泡时，超空化气泡及运动空泡场与水下爆炸气泡发生耦合响应，具备优越的防护效率和防护效果，而在舰艇处于安全航段时，喷气机构处于关闭状态，通过调节行程控制机构控制水翼的攻角，从而实现优越的水翼减阻效果，综上，本发明的防护装置可根据应用场景调节其工作状态，具有广泛的适用性和应用价值；
3.本发明的行程控制机构由电动推杆、伸缩杆、竖直槽道、以及滑块组成，通过竖直滑槽与滑块滑移配合，电动推杆、滑块、伸缩杆及转轴依次联动的设置，进一步保证了水翼转动的平稳性，从而保证了水翼攻角调节的平稳性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明行程控制机构的工作原理示意图；
图4为本发明的工作原理示意图；
图中：1、水翼，2、伸缩杆，3、滑块，31、滑移部，32、竖直安装部，4、竖直槽道，5、电动推杆，6、水翼支柱，7、电动支柱，8、高压喷气头，9、运动空泡场，10、水下爆炸气泡，11、转轴。
具体实施方式
以下实施例用来进一步说明本发明的内容，并不限制本发明的应用。
请参阅图1～4，其示出一种舰艇水下爆炸气泡防护装置，包括呈长条形的水翼1，水翼1为中空构件（内部中空带壁厚的腔体），水翼1内径向穿设有用于调节水翼1攻角的转轴11（使水翼1以转轴11为轴线进行转动），水翼1的上端密封连通有水翼支柱6，水翼支柱6左右对称设置且均为中空构件（内部中空带壁厚的腔体），同时，水翼支柱6内均分别设有与转轴11联动配合的行程控制机构，行程控制机构由电动推杆5、伸缩杆2、竖直槽道4和滑块3组成，竖直槽道4呈倒T型结构且设置于水翼支柱6的内部，滑块3由滑移部31、以及一体式垂直连接于滑移部31上表面的竖直安装部32组成，滑移部31呈倒U型结构且滑移于竖直槽道4的上表面，竖直安装部32的一端与电动推杆5的下端固定连接，电动推杆5的上端与水翼支柱6的上端内壁固定连接，竖直安装部32的另一端与伸缩杆2的相铰接，伸缩杆2的另一端与转轴11固定连接，水翼支柱6的上端均分别密封固定连接有电动支柱7，电动支柱7的上端均密封固定连接于舰首底部；
进一步的，舰首底部还安装有朝向水翼1设置的高压喷气头8（采用减缩喷口），高压喷气头8位于水翼1的上方且位于两个水翼支柱6之间。
上述舰艇水下爆炸气泡防护装置的防护方法如下：利用行程控制机构通过转轴11调节水翼1的攻角生成超空化气泡，同时配合利用高压喷气头8生成运动空泡场，基于水下爆炸气泡10与舰首底部的超空化气泡及运动空泡场9的耦合脉动效应，改变水下爆炸气泡10的射流和迁移方向，从而避免水下爆炸气泡10载荷对舰艇的冲击（当舰艇处于安全航段时，调节行程控制机构以控制转动水翼1的攻角，实现水翼1的减阻效果；当舰船处于战斗状态时，水翼1配合高压喷气头8，在舰艇底部形成超空化气泡和运动空泡场9），具体而言，当水中舰艇高速航行时，水翼1上表面会产生负压区，当流场压力降低至水的汽化压力时，水翼1的上表面产生空化现象，生成超空化气泡，通过调节水翼1的攻角，使得超空化各个阶段对应的临界空化数相应增大，从而提高超空化气泡的生成效率，同时，通过调节行程控制机构减小高压喷气头8与水翼1上表面的距离，降低高压喷气头8的喷口处的水压，从而提高运动空泡场9的生成效率；
其中，行程控制机构的工作原理如下：通过电动推杆5正反行程的升降，带动滑块3在竖直槽道4上的上下滑移，从而通过伸缩杆2带动转轴11的转动，进而控制水翼1的攻角变化（为保证正常的气泡减阻效应，水翼1的攻角调节角度范围为0°～ 20°）。

Claims (2)

1.一种舰艇水下爆炸气泡防护装置，包括呈中空结构的水翼支柱和水翼，所述水翼内径向穿设有用于调节水翼攻角的转轴，所述水翼支柱固定于舰首底部，其特征在于，所述舰首底部设有与水翼相配合的喷气机构，所述水翼支柱左右对称设有两个且其下端均与水翼的上端密封连通，所述水翼支柱内均分别设有与转轴联动配合的行程控制机构，所述喷气机构包括安装于舰首底部的高压喷气头，所述高压喷气头为采用减缩喷口的高压喷气头，所述高压喷气头位于两个水翼支柱之间且朝向水翼设置，所述行程控制机构包括电动推杆、伸缩杆、竖直槽道、以及与竖直槽道滑移配合的滑块，所述竖直槽道设置于水翼支柱的内部，所述电动推杆的上端与水翼支柱的上端内壁固定连接，所述电动推杆的下端与滑块的一端固定连接，所述滑块的另一端与伸缩杆的一端相铰接，所述伸缩杆的另一端与转轴固定连接，所述竖直槽道呈倒T型结构，所述滑块包括呈倒U型结构且与竖直滑槽滑移配合的滑移部、以及连接于电动推杆与伸缩杆之间的竖直安装部，所述竖直安装部一体式垂直连接于滑移部的上表面；
所述防护装置还包括电动支柱，所述电动支柱的上端密封固定连接于舰首底部，所述电动支柱的下端与水翼支柱的上端密封固定连接；
所述舰艇水下爆炸气泡防护装置采用如下防护方法：
利用行程控制机构通过转轴调节水翼的攻角生成超空化气泡，同时配合利用喷气机构生成运动空泡场，基于水下爆炸气泡与舰首底部的超空化气泡及运动空泡场的耦合脉动效应，改变水下爆炸气泡的射流和迁移方向，从而避免水下爆炸气泡载荷对舰艇的冲击。
2.根据权利要求1所述的一种舰艇水下爆炸气泡防护装置，其特征在于，所述攻角的调节范围为0°～ 20°。
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