CN115031588A - 一种向前喷流的超空泡航行体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种向前喷流的超空泡航行体，超空泡航行体前进方向的端部设有出气孔，出气孔导通超空泡航行体的内外，出气孔内封堵有可拆卸分离的密封塞，密封塞与出气孔密封连接；超空泡航行体内部设有气体发生器、流量控制器和输气管，气体发生器的出气端与流量控制器的进气端连接导通，流量控制器的出气端与输气管的进气端连接导通，输气管的出气端与出气孔连接导通，气体发生器用于产生气体推动密封塞与出气孔分离；在应用此方案后，不但可实现水下航行体的完全包裹，以减小航行阻力，并且在出水时，还利用头部高压气层作为缓冲层，减小周围水体扰动造成的航行体轨迹偏移失稳，即切实解决了航行体出水过程容易受到周围水域横流冲击的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空泡航行体的技术领域，特别涉及一种向前喷流的超空泡航行体。
背景技术
在航行体高速运动时，表面由于局部压力降低，液体内部或液固交界面上会形成气体空穴(即空泡)，因为空泡将航行体与水域阻隔，气体的摩擦系数比水小得多，因此空泡的存在可以大大减小航行体的航行阻力，后来人们通过人工主动通气的方式来拓展气膜的空间尺寸，无论是沿航行体轴向还是径向，使空泡最大程度覆盖包裹航行体表面。
人工主动通气包括均压通气和气幕发射。均压通气是指通入一层较薄的通气空泡包裹住航行体，现多见于通气孔航行体和通气缝航行体，这两种通气航行体大同小异，一般是在航行体肩部开凿一圈周向的阵列孔或者一条缝隙，孔缝用于将航行体空腔内的气体排出体外，由于航行体的运动，排出的气体相对航行体向下游扩展，最终实现部分包裹航行体。气幕发射是指利用气体射流在水中形成一个贯穿至水面的气体通道，航行体从此通道中完成出水。这两种方式均有其局限性，均压通气由于气体量较少，面临着气流周向融合，气泡长度不足以包裹住航行体等问题，且由于头部浸湿在水域内，因而此种通气方式无论在水下还是出水时，都容易受到周围水域的横流冲击，航行轨道的稳定性较差。而气幕发射的局限性不仅包括抵抗环境冲击能力弱，还面临发射水深浅，能源耗费大等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种向前喷流的超空泡航行体，以解决航行体出水过程容易受到周围水域横流冲击的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种向前喷流的超空泡航行体，所述超空泡航行体前进方向的端部设有出气孔，所述出气孔导通所述超空泡航行体的内外，所述出气孔内封堵有可拆卸分离的密封塞，所述密封塞与所述出气孔密封连接；所述超空泡航行体内部设有气体发生器、流量控制器和输气管，所述气体发生器的出气端与所述流量控制器的进气端连接导通，所述流量控制器的出气端与所述输气管的进气端连接导通，所述输气管的出气端与所述出气孔连接导通，所述气体发生器用于产生气体推动所述密封塞与所述出气孔分离。
在其中一个实施例中，所述超空泡航行体前进方向的端部呈圆弧状，所述出气孔设于所述超空泡航行体的圆弧状结构上。
在其中一个实施例中，所述超空泡航行体外壁在所述出气孔周侧设有一圈环形定位槽，所述环形定位槽的两槽侧壁均设有橡胶圈，所述橡胶圈与所述环形定位槽的槽底相互分离；所述密封塞包括塞头、以及设于所述塞头上的塞柱和定位环；所述塞柱置于所述定位环包围的空间内，所述塞柱插入所述出气孔内；所述定位环插入所述环形定位槽内，所述定位环弹性夹持于两所述橡胶圈之间，所述定位环的端部的内外壁均设有一圈限位凸缘，两所述限位凸缘均置于所述环形定位槽的槽底与所述橡胶圈的底部之间。
在其中一个实施例中，所述橡胶圈的底部设有圈底斜面，在往所述环形定位槽底部的方向上，两所述橡胶圈的所述圈底斜面逐渐相互远离；两所述限位凸缘分别朝向两圈底斜面的部位均设有限位斜面，两所述限位斜面分别与两所述圈底斜面贴合抵接。
在其中一个实施例中，所述橡胶圈的截面呈三角形状。
在其中一个实施例中，所述限位凸缘为橡胶凸缘。
在其中一个实施例中，所述超空泡航行体外壁在所述环形定位槽周侧设有一圈密封槽，所述密封槽的两槽侧壁均设有密封圈；所述塞头在所述定位环周侧外设有一圈密封环，所述密封环插入所述密封槽内，所述密封环弹性夹持于两所述密封圈之间。
在其中一个实施例中，所述密封塞的塞柱呈圆锥台状。
在其中一个实施例中，所述密封塞的塞头端面呈球面状。
本发明的有益效果如下：
由于所述超空泡航行体前进方向的端部设有出气孔，所述气体发生器用于产生气体推动所述密封塞与所述出气孔分离，所以当推动密封塞与出气孔分离后，将会形成通气空泡把航行体完全包裹，最大程度实现水下减阻以及抵抗真实发射水环境下横流的影响；而且在出水时，空泡处于被迫溃灭而非传统意义上的主动溃灭，因此由内外压差而产生溃灭压力不复存在，空泡也并非均压通气的“自上而下”式溃灭，而是仍然在水面上形成一层水层薄膜及完好开口，避免了水相的浸湿和拍击溃灭压力。
所以综上可知，此方案不仅可以实现水下航行体的完全包裹，还最大程度减小了航行阻力，并且在出水时，因为头部始终有高压气层作为缓冲层，因此在真实发射环境下，将大大减小周围水体扰动造成的航行体轨迹偏移失稳等问题，以及不受发射水深影响，即切实解决了航行体出水过程容易受到周围水域横流冲击的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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是本发明第一个实施例提供的结构示意图；
图2是本发明第二个实施例提供的结构示意图；
图3是本发明第三个实施例提供的结构示意图；
图4是图3的A部分放大结构示意图；
图5是本发明第四个实施例提供的结构示意图；
图6是本发明第五个实施例提供的结构示意图；
图7是本发明第六个实施例提供的结构示意图；
图8是图7的B部分放大结构示意图。
附图标记如下：
10、超空泡航行体；11、出气孔；12、环形定位槽；13、橡胶圈；131、圈底斜面；14、密封槽；15、密封圈；
20、气体发生器；
30、流量控制器；
40、输气管；
50、密封塞；51、塞头；52、塞柱；53、定位环；54、限位凸缘；541、限位斜面；55、密封环；
60、动力机构；
70、空泡。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在现有技术中，人工主动通气包括均压通气和气幕发射两种方式；但是均压通气由于气体量较少，面临着气流周向融合，气泡长度不足以包裹住航行体等问题，且由于头部浸湿在水域内，因而此种通气方式无论在水下还是出水时，都容易受到周围水域的横流冲击，航行轨道的稳定性较差；而气幕发射的局限性不仅包括抵抗环境冲击能力弱，还面临发射水深浅，能源耗费大等问题。
所以为解决上述问题，本发明了提供了一种向前喷流的超空泡航行体，其核心在于超空泡航行体前进方向的端部设有出气孔，出气孔导通超空泡航行体的内外，出气孔内封堵有可拆卸分离的密封塞，密封塞与出气孔密封连接；超空泡航行体内部设有气体发生器、流量控制器和输气管，气体发生器的出气端与流量控制器的进气端连接导通，流量控制器的出气端与输气管的进气端连接导通，输气管的出气端与出气孔连接导通，气体发生器用于产生气体推动密封塞与出气孔分离。
为更好的对向前喷流的超空泡航行体进行阐述，下文将通过多个实施例进行具体解释。
本发明所述超空泡航行体的第一个实施例如图1所示，超空泡航行体10上设有气体发生器20、流量控制器30、输气管40、出气孔11和密封塞50。
有关所述超空泡航行体10，此实施例将超空泡航行体10前进方向的端部呈圆弧状，出气孔11设于超空泡航行体10的圆弧状结构上，以利用超空泡航行体10流线型结构降低在水中行驶时的阻力，并确保了经出气孔11排出的气体能够实现迅速扩散；而超空泡航行体10的尾部则安装有动力机构60，以用于驱动超空泡航行体10的行驶。
有关所述气体发生器20，此实施例将气体发生器20设于超空泡航行体10 的内部，气体发生器20的出气端与流量控制器30的进气端连接导通，所以气体发生器20主要用于产生气体输送至流量控制器30。
有关所述流量控制器30，此实施例将流量控制器30设于超空泡航行体10 的内部，并与气体发生器20相邻布置，以减少两者之间的气体传输距离，便于迅速控制指定流量的气体经其出气端送至输气管40内。
有关所述输气管40，此实施例将输气管40设于超空泡航行体10的内部，输气管40的进气端与流量控制器30的出气端连接导通，输气管40的出气端与出气孔11连接导通，所以输气管40的作用在于将气体发生器20产生的气体输送至出气孔11处。
有关所述出气孔11，此实施例将出气孔11设于超空泡航行体10前端的中心位置，由于出气孔11实现了超空泡航行体10的内外导通，所以气体发生器 20产生的气体将可经出气孔11排出超空泡航行体10的航行方向前方。
有关所述密封塞50，此实施例的密封塞50为一橡胶塞，密封塞50插入出气孔11内，两者间的紧密抵接实现了防水密封的功能；而且此实施例设置密封塞50的塞柱52呈圆锥台状，在采用此结构后，则可便于密封塞50与出气孔11 的插拔操作。
在超空泡航行体10进行航行时，密封塞50处于插入出气孔11内的状态，若需要进行出水操作，则可利用气体发生器20产生气体，然后利用流量控制器 30调节输出充足的气体，以确保气体能够将密封塞50冲开；待密封塞50从出气孔11内脱离后，将会形成通气空泡70把航行体完全包裹，最大程度实现水下减阻以及抵抗真实发射水环境下横流的影响；而且在出水时，空泡处于被迫溃灭而非传统意义上的主动溃灭，因此由内外压差而产生溃灭压力不复存在，空泡70也并非均压通气的“自上而下”式溃灭，而是仍然在水面上形成一层水层薄膜及完好开口，避免了水相的浸湿和拍击溃灭压力。
所以综上可知，此方案不仅可以实现水下航行体的完全包裹，还最大程度减小了航行阻力，并且在出水时，因为头部始终有高压气层作为缓冲层，因此在真实发射环境下，将大大减小周围水体扰动造成的航行体轨迹偏移失稳等问题，以及不受发射水深影响，即切实解决了航行体出水过程容易受到周围水域横流冲击的问题。
本发明所述超空泡航行体10的第二个实施例如图2所示，其与第一个实施例基本一致，区别在于，此实施例设置密封塞50的塞头51端面呈球面状，即进一步利用密封塞50的流线型结构降低超空泡航行体10正常行驶的阻力。
需要指出，在超空泡航行体10行驶的过程中，周围水压会将密封塞50往输气管40内部推压，这将会加大日后利用气体冲开密封塞50的难度，所以可利用气体发生器20和流量控制器30相会配合，以输出一定的气体至密封塞50 处，以维持密封塞50内外的压力平衡，确保日后利用气体冲开密封塞50的操作顺利进行。
但是超空泡航行体10的航行深度并非固定不变的，所以当水压较低而内部输出气体压力过强时，则可能导致密封塞50的误脱离，这将使得内部气压的调节操控需要设计得极为复杂。
而为解决此问题，本发明提供了所述超空泡航行体10的第三个实施例，如图3和图4所示，其与第二个实施例基本一致，区别在于，此实施例的超空泡航行体10外壁在出气孔11周侧设有一圈环形定位槽12，环形定位槽12的两槽侧壁均设有橡胶圈13，橡胶圈13与环形定位槽12的槽底相互分离；密封塞50 包括塞头51、以及设于塞头51上的塞柱52和定位环53；塞柱52置于定位环 53包围的空间内，塞柱52插入出气孔11内；定位环53插入环形定位槽12内，定位环53弹性夹持于两橡胶圈13之间，定位环53的端部的内外壁均设有一圈限位凸缘54，限位凸缘54的截面大致呈半球状，两限位凸缘54均置于环形定位槽12的槽底与橡胶圈13的底部之间。
在采用上述的结构后，由于限位凸缘54会与橡胶圈13的底部抵接，其对密封塞50脱出施加的阻力是较大的，所以在一般航行深度而影响内外气压差发生变化时，此气压变化均不足以导致密封塞50的误脱出，只有刻意将内部气压迅速增大，才能确保密封塞50的稳定脱离，从而降低了内部气压的调控难度，也切实避免了密封塞50误脱出情况的发生。
其中，此实施例为避免限位凸缘54施加的防脱阻力过大，还设置了限位凸缘54为橡胶凸缘，从而使得限位凸缘54具备了一定的形变能力，从而为密封塞50日后的顺利脱出提供了更好的保障。
而为了使得密封塞50施加的防脱出阻力更为合理，本发明还提供了所述超空泡航行体10的第四个实施例，如图5所示，其与第三个实施例基本一致，区别在于，橡胶圈13的底部设有圈底斜面131，在往环形定位槽12底部的方向上，两橡胶圈13的圈底斜面131逐渐相互远离；两限位凸缘54分别朝向两圈底斜面131的部位均设有限位斜面541，两限位斜面541分别与两圈底斜面131贴合抵接。
在采用此结构后，两限位斜面541分别与两圈底斜面131贴合抵接将可实现对限位凸缘54施力的逐步增大，以便于限位凸缘54的形变难度呈从难到易得线性变化，确保了超空泡航行体10内部气压在到达某一指标后，则可轻松将密封塞50冲开，即实现了密封塞50便于冲开和密封塞50防脱两者之间的一种最优折中选择。
需要指出，在采用上述实施例的方案后，橡胶圈13对定位环53的插入会形成较大阻力，从而导致组装不便，所以为了兼顾密封塞50组装便捷性和密封塞50的防脱性，本发明还提供了所述超空泡航行体10的第五个实施例，如图6 所示，其与第四个实施例基本一致，区别在于，橡胶圈13的截面呈三角形状。
在采用此结构后，环形定位槽12上部将可提供较大的空间给定位环53插入，而环形定位槽12下部的空间将可维持限位斜面541与圈底斜面131的贴合抵接，从而实现了密封塞50组装便捷性和密封塞50防脱性的相互兼顾。
最后，为了避免水体渗入环形定位槽12内而影响密封塞50的防脱性能，本发明还提供了所述超空泡航行体10的第六个实施例，如图7和图8所示，其与第五个实施例基本一致，区别在于，超空泡航行体10外壁在环形定位槽12 周侧设有一圈密封槽14，密封槽14的两槽侧壁均设有密封圈15；塞头51在定位环53周侧外设有一圈密封环55，密封环55插入密封槽14内，密封环55弹性夹持于两密封圈15之间。
在采用此结构后，密封环55与密封槽14的插接将可形成一个防水罩，以防止水体进入，从而确保环形定位槽与限位凸缘之间的干燥性，为密封塞50的防脱效果提供了更好的保障。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，
所述超空泡航行体前进方向的端部设有出气孔，所述出气孔导通所述超空泡航行体的内外，所述出气孔内封堵有可拆卸分离的密封塞，所述密封塞与所述出气孔密封连接；
所述超空泡航行体内部设有气体发生器、流量控制器和输气管，所述气体发生器的出气端与所述流量控制器的进气端连接导通，所述流量控制器的出气端与所述输气管的进气端连接导通，所述输气管的出气端与所述出气孔连接导通，所述气体发生器用于产生气体推动所述密封塞与所述出气孔分离。
2.根据权利要求1所述向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，所述超空泡航行体前进方向的端部呈圆弧状，所述出气孔设于所述超空泡航行体的圆弧状结构上。
3.根据权利要求1所述向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，
所述超空泡航行体外壁在所述出气孔周侧设有一圈环形定位槽，所述环形定位槽的两槽侧壁均设有橡胶圈，所述橡胶圈与所述环形定位槽的槽底相互分离；
所述密封塞包括塞头、以及设于所述塞头上的塞柱和定位环；所述塞柱置于所述定位环包围的空间内，所述塞柱插入所述出气孔内；所述定位环插入所述环形定位槽内，所述定位环弹性夹持于两所述橡胶圈之间，所述定位环的端部的内外壁均设有一圈限位凸缘，两所述限位凸缘均置于所述环形定位槽的槽底与所述橡胶圈的底部之间。
4.根据权利要求3所述向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，
所述橡胶圈的底部设有圈底斜面，在往所述环形定位槽底部的方向上，两所述橡胶圈的所述圈底斜面逐渐相互远离；
两所述限位凸缘分别朝向两圈底斜面的部位均设有限位斜面，两所述限位斜面分别与两所述圈底斜面贴合抵接。
5.根据权利要求4所述向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，所述橡胶圈的截面呈三角形状。
6.根据权利要求3所述向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，所述限位凸缘为橡胶凸缘。
7.根据权利要求3所述向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，
所述超空泡航行体外壁在所述环形定位槽周侧设有一圈密封槽，所述密封槽的两槽侧壁均设有密封圈；
所述塞头在所述定位环周侧外设有一圈密封环，所述密封环插入所述密封槽内，所述密封环弹性夹持于两所述密封圈之间。
8.根据权利要求1所述向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，所述密封塞的塞柱呈圆锥台状。
9.根据权利要求1所述向前喷流的超空泡航行体，其特征在于，所述密封塞的塞头端面呈球面状。
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