CN115593554A - 一种基于气动弹出式空化装置的航行器 - Google Patents

一种基于气动弹出式空化装置的航行器 Download PDF

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Abstract

本发明的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，弹出式空化装置可使得水下航行器在收缩时拥有更短的长度，减小长径比有利于提高贮存时的空间利用率；同时，在转运时收缩状态的航行器拥有更小的回转半径，减小其对转运过程中的空间转角的要求；本发明采用的是气动弹出原理，与复杂的机械结构相比，气动弹出更加直接高效；同时，利用航行器燃料燃烧产生的气体提供驱动力，避免了外加伺服机构等电子元器件增加电子系统复杂度，航行器达到伸展状态后，前射气流将经由通气孔道和喷气孔在空化器后部喷出，为超空泡航行补充气体，支持超空泡航行，与单一空化器空化相比，能够以更小的航速达到超空泡航行状态。

Description

一种基于气动弹出式空化装置的航行器
技术领域
本发明属于航行器的空化器技术领域，具体涉及一种基于气动弹出式空化装置的航行器。
背景技术
超空泡技术是利用水的空化现象减小水下航行器运动阻力的重要技术，它的原理主要在于：当水下航行器高速运动时，水流相对于航行器的速度增加局部压强减小，当压强小于饱和蒸汽压时，水会发生汽化现象形成空泡包裹住整个水下航行器。
头部空化器是超空泡航行器的主要特征之一，其不仅可用于水下航行时减小航行器的阻力，也可在跨介质入水过程中进行减阻。跨介质水下航行器一般包括火箭助飞鱼雷、空投鱼雷等，超空泡航行器也可以是潜射鱼雷。
超空泡航行器的长径比一般在10以上，是一种典型的细长结构。在舰船、潜艇等空间有限的发射平台上贮存时，空间利用率不高。同时，细长结构在装运时也存在调转受限等困难。因此，在贮存和转运时缩短航行器长度能够有效避免上述问题。目前航行器的变构型发明主要为针对头部外形的变构型，缺少针对航行器纵向长度变化的变构型发明。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于气动弹出式空化装置的航行器，该装置能够在水下航行器贮存和转运时成收缩状态，提高贮存空间的利用率和转运的便利程度。
一种基于气动弹出式空化装置的航行器，包括航行器本体以及可移动空化装置；
所述航行器本体内部前端包括用于容纳可移动空化装置的伸缩道，后端包括收缩加速道(5)、火箭发动机燃烧室(6)以及尾喷管(7)；
所述伸缩道从航行器本体的前端延伸至收缩加速道(5)；伸缩道靠近前端包括至少一对插销槽(2)，一对中的两个插销槽(2)相对于伸缩道中心轴对称布置；
所述可移动空化装置包括空化器(8)、空化器杆(10)和弹簧插销；空化器杆(10)垂直固定连接在空化器(8)一侧端面的中部；空化器杆(10)中部位置设置有至少一个垂直贯通空化器杆(10)的插销孔(11)；
弹簧插销包括弹簧(14)以及固连在弹簧(14)两端的插销块(15)；弹簧插销安装在空化器杆(10)的插销孔(11)中，插销弹簧两端的插销块(15)伸出插销孔(11)。
可移动空化装置安装到航行器本体后，空化器(8)紧贴在航行器本体的前端端部，空化器杆(10)放置在伸缩道内，空化器杆(10)上的插销孔(11)与伸缩道上的插销槽(2)位置互相错开，弹簧插销两端的插销块(15)被伸缩道的内壁压入插销孔(11)内。
进一步的，空化器杆(10)轴向开有通气孔道(13)，其后端与收缩加速道(5)的前端对接联通，其前端径向开有与外部联通的喷气孔(9)；并且，弹簧插销被压缩到插销孔(11)时，两端的插销块(15)被挤压到一起，将通气孔道(13)封闭。
较佳的，空化器杆(10)自由端设置有至少2个限位滑块(12)；伸缩道后端包括至少2个相对于伸缩道中心轴对称的限位滑道(4)；空化器杆(10)上的限位滑块(12)镶嵌在伸缩道的限位滑道(4)内。
进一步的，航行器本体的前端端部加工有空化器凹槽(1)，用于容纳空化器(8)。
较佳的，插销槽(2)和插销孔(11)均设置了两对，两者的位置互相对应。
较佳的，插销孔(11)之间的间隔距离L2应大于空化器(8)的外伸长度L1。
较佳的，设置了4个限位滑道(4)和对应的四个限位滑块(12)。
较佳的，插销槽(2)的槽口处进行倒角处理，插销块(15)头部倒圆角处理。
较佳的，收缩加速道(5)入口处设有止逆阀。
本发明具有如下有益效果：
本发明的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，弹出式空化装置可使得水下航行器在收缩时拥有更短的长度，减小长径比有利于提高贮存时的空间利用率。同时，在转运时收缩状态的航行器拥有更小的回转半径，减小其对转运过程中的空间转角的要求。
本发明采用的是气动弹出原理，与复杂的机械结构相比，气动弹出更加直接高效；同时，利用航行器燃料燃烧产生的气体提供驱动力，避免了外加伺服机构等电子元器件增加电子系统复杂度。
航行器达到伸展状态后，前射气流将经由通气孔道和喷气孔在空化器后部喷出，为超空泡航行补充气体，支持超空泡航行。与单一空化器空化相比，能够以更小的航速达到超空泡航行状态。
附图说明
图1为航行器本体示意图；
图2为航行器本体剖面图；
图3为本发明的可移动空化装置示意图；
图4为本发明的可移动空化装置正视图；
图5为弹簧插销示意图；
图6为航行器收缩状态剖面图；
图7为航行器伸展状态正视图；
图8为航行器伸展状态剖面图；
图9为航行器收缩状态立体图。
其中，1-空化器凹槽、2-插销槽、3-空化器伸缩道、4-限位滑道、5-收缩加速道、6-火箭发动机燃烧室、7-尾喷管、8-空化器、9-喷气孔、10-空化器杆、11-插销孔、12-限位滑块、13-通气孔道、14-弹簧、15-插销块。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
水下航行器根据不同指标要求，其主要外形状态具有多种形式，本发明对圆柱外形航行器作具体阐述，其他外形的水下航行器亦适用本发明的思想。
一种基于气动弹出式空化装置的航行器，包括航行器本体以及可移动空化装置。
如图1和2所示，航行器本体内部前端包括用于容纳可移动空化装置的伸缩道，后端包括收缩加速道5、火箭发动机燃烧室6以及尾喷管7。
伸缩道从航行器本体的前端延伸至收缩加速道5；伸缩道靠近前端包括至少一对插销槽2，一对中的两个插销槽2相对于伸缩道中心轴对称布置；伸缩道后端包括至少2个相对于伸缩道中心轴对称的限位滑道4。
如图3和4所示，可移动空化装置包括空化器8、空化器杆10和弹簧插销；空化器杆10垂直固定连接在空化器8一侧的中部；空化器杆10中部位置设置有至少一个垂直贯通空化器杆10的插销孔11；空化器杆10自由端设置有至少2个限位滑块12；
如图5所示，弹簧插销包括弹簧14以及固连在弹簧14两端的插销块15。弹簧插销安装在空化器杆10的插销孔11中，插销弹簧两端的插销块15伸出插销孔11。
可如图6、7、8和9所示，可移动空化装置安装到航行器本体后，空化器8紧贴在航行器本体的前端端部，航行器本体的前端端部加工有空化器凹槽，用于容纳空化器8；空化器杆10放置在伸缩道内，空化器杆10上的限位滑块14镶嵌在伸缩道的限位滑道4内；空化器杆10上的插销孔11与伸缩道上的插销槽2位置互相错开，弹簧插销两端的插销块15被伸缩道的内壁压入插销孔11内。
当水下航行器发射时，火箭发动机燃烧室6点火，燃气经由收缩加速道5加速向前流动。在加速道5末端，燃气加速至在最大速度并将动量传递给空化器杆10的尾端，推动空化器杆10向前移动。此时，由于伸缩道3的直径限制，弹簧插销在插销孔11内呈收缩状态。空化器杆10沿空化器伸缩道3向前移动一定距离后，弹簧插销同时到达对应的插销槽2，弹簧插销两端的插销块15弹出并插入插销槽2，空化器装置整体运动被锁止，达到完全伸出状态，空化器8实现其空化的功能。由于在伸缩道3中设置了限位滑道4，空化器杆10前端设置有限位滑块12，空化器杆10移动时只可前后移动，限制其轴向转动。
本实施例中，空化器杆10轴向开有通气孔道13，其后端与收缩加速道5的前端对接连通，其前端径向开有与外部联通的喷气孔9；并且，弹簧插销被压缩到插销孔11时，两端的插销块15被挤压到一起，将通气孔道13封闭。
空化器杆10沿空化器伸缩道3移动时，由于通气孔道13被弹簧插销封闭，燃气无法流通至喷气孔9；当空化器装置运动到位，插销块15弹出，通气孔道13被打开，燃气气流经由通气孔道13至喷气孔9，成为空泡补充气流。
本实施例中，插销槽2和插销孔11均设置了两对，两者的位置互相对应；在实际应用中可根据空化器弹出位移长度与结构承载能力要求进行增减。空化器杆10伸出到位后，插销孔11中弹簧插销插入到对应的插销槽2中，加强空化装置的固定。其中，为保证第一对插销孔11中的弹簧插销不进入到第2对插销槽2中，插销孔11之间的间隔距离L2应大于空化器外伸长度L1，必要条件下，可根据需求增加弹簧插销的数量，其之间的间隔距离也要保持L2＞L1。
插销槽2的槽口处进行倒角处理，插销块15头部倒圆角处理，便于弹出时滑入插销槽2。
限位滑道4位置与数量应和限位滑块12一一对应，本实施例中，设置了4个限位滑道4。空化器凹槽1和空化器8、空化器伸缩道3和空化器杆10的尺寸应相互匹配、表面粗糙度和公差配合应便于滑动。收缩加速道5入口处设有止逆阀，防止气流回流。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (9)

1.一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，包括航行器本体以及可移动空化装置；
所述航行器本体内部前端包括用于容纳可移动空化装置的伸缩道，后端包括收缩加速道(5)、火箭发动机燃烧室(6)以及尾喷管(7)；
所述伸缩道从航行器本体的前端延伸至收缩加速道(5)；伸缩道靠近前端包括至少一对插销槽(2)，一对中的两个插销槽(2)相对于伸缩道中心轴对称布置；
所述可移动空化装置包括空化器(8)、空化器杆(10)和弹簧插销；空化器杆(10)垂直固定连接在空化器(8)一侧端面的中部；空化器杆(10)中部位置设置有至少一个垂直贯通空化器杆(10)的插销孔(11)；
弹簧插销包括弹簧(14)以及固连在弹簧(14)两端的插销块(15)；弹簧插销安装在空化器杆(10)的插销孔(11)中，插销弹簧两端的插销块(15)伸出插销孔(11)；
所述空化器(8)设置在航行器本体的前端端部，空化器杆(10)放置在伸缩道内，空化器杆(10)上的插销孔(11)与伸缩道上的插销槽(2)位置互相错开，弹簧插销两端的插销块(15)被伸缩道的内壁压入插销孔(11)内。
2.如权利要求1所述的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，空化器杆(10)轴向开有通气孔道(13)，其后端与收缩加速道(5)的前端对接联通，其前端径向开有与外部联通的喷气孔(9)；并且，弹簧插销被压缩到插销孔(11)时，两端的插销块(15)被挤压到一起，将通气孔道(13)封闭。
3.如权利要求1或2所述的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，空化器杆(10)自由端设置有至少2个限位滑块(12)；伸缩道后端包括至少2个相对于伸缩道中心轴对称的限位滑道(4)；空化器杆(10)上的限位滑块(12)镶嵌在伸缩道的限位滑道(4)内。
4.如权利要求3所述的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，设置有4个限位滑道(4)和对应的4个限位滑块(12)。
5.如权利要求1或2所述的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，航行器本体的前端端部加工有空化器凹槽(1)，用于容纳空化器(8)。
6.如权利要求5所述的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，插销槽(2)和插销孔(11)均设置两对，两者的位置互相对应。
7.如权利要求1或2所述的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，插销孔(11)之间的间隔距离L2大于空化器(8)的外伸长度L1。
8.如权利要求1或2所述的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，插销槽(2)的槽口处进行倒角处理，插销块(15)头部倒圆角处理。
9.如权利要求1或2所述的一种基于气动弹出式空化装置的航行器，其特征在于，收缩加速道(5)入口处设有止逆阀。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115871902A (zh) * 2023-02-20 2023-03-31 山东科技大学 一种后喷式水下航行体及空泡控制方法
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