CN203385538U - 一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置。水箱设有观测视窗，侧壁法兰孔外装有密封软管，发射管一端通过密封软管插入水箱中后安装在消音筒内的排气筒一端，消音筒顶部出气孔连接排气管，前端下部开有排水孔，前部开有弹体射出孔，可调消音筒高度的支架固定在水箱里；发射管另一端通过管阀连接器、电磁阀、缸阀连接器、高压气缸连接高压气源，定位磁铁置于发射管的另一端外圆柱面上，与定位磁铁对应的发射管另一端孔内装有弹体，可调发射管角度支架和可调高压气缸高度支架均固定在地面上。调节弹体不同角度入水、调节水箱不同水位和配合流场可视化仪器进行不同水深及发射角度条件下的无扰动段产生的空泡发展过程机理研究。

Description

一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置

技术领域

本实用新型涉及流体动力学行为及特性的实验装置，尤其是涉及一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置。

背景技术

航行体在水中水平高速运行时，航行体周围的液体将气化，从而产生覆盖航行体表面的空泡，当航行体处于整个气体的包围之中时，我们把这一气体区域称为自然超空泡，此时航行体在空泡内运行，航行体运行的阻力大大减少。随着社会的发展和科学技术的进步，超空泡相关的研究成果在海洋运输工业领域以及自然科学领域，尤其是在军事国防技术中得到了广泛重要的应用。

自然超空泡和通气超空泡是超空泡存在的两种主要形式。两者的主要区别是，自然超空泡依靠提高航行体的速度产生，通气超空泡依靠人工通气增加空泡内压强生成。目前对于超空泡的基础实验研究主要在水洞中进行，但是水洞存在流速低，容易生成局部空泡的特点，通常需要借助人工通气生成通气超空泡来进行研究。然而，高速射弹实验能获得高速的弹体运动，容易生成自然超空泡，且实验成本较低、周期较短，可以作为研究自然超空泡的有效手段，

高速射弹实验发生装置在实验过程中，由于发射管内弹体前部的气体在弹体高速驱动作用下较弹体先进入水中，从而产生干扰流场的扰动段，影响超空泡初始发展状态的观察研究，掺杂有空气射流的扰动流畅致使超空泡流场更为复杂，弹体入水后的弹道也容易受到这一扰流段的影响，不利于自然空泡发生过程的研究。因此，解决弹体前部空气产生扰流段这一问题，对于研究自然超空泡的发展、形成全过程有非要重要的意义，对于提高高速射弹发生装置的实验精确性也有很好的帮助。

发明内容

针对上述背景技术中所存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置，可实现在不同水位下，以及不同发射角度下，无扰流段空泡产生的高速入水射弹发生实验研究。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

本实用新型包括消音筒，排气管，排气筒，紧定螺钉，密封软管，发射管，定位磁铁，弹体，管阀连接器，电磁阀，缸阀连接器，高压气缸，高压气源，气缸支架，发射管支架，水箱，消音筒支架；水箱正面和背面设有机玻璃的观测视窗，水箱侧壁开有法兰孔，法兰孔外装有密封软管，发射管的一端通过密封软管插入水箱中安装在消音筒内的排气筒的一端，通过紧定螺钉连接消音筒和排气筒，消音筒的顶部开有出气孔，出气孔连接排气管，消音筒的前端下部开有排水孔，消音筒的前部开有弹体射出孔，可调消音筒高度的消音筒支架固定在水箱里；发射管的另一端通过管阀连接器、电磁阀、缸阀连接器，与高压气缸相连，高压气缸连接高压气源，定位磁铁置于发射管的另一端的外圆柱面上，与定位磁铁对应的发射管的另一端孔内装有弹体，可调发射管角度的发射管支架和可调高压气缸高度的气缸支架均固定在地面上。

所述的排气筒为阶梯状筒体，排气筒大端筒体与消音筒紧密配合，大端筒体上下各开一螺纹孔，排气筒与消音筒尾部的螺纹孔用紧定螺钉连接发射管，排气筒小端筒体上开有四排沿圆周等分分布的排气孔。

所述的气缸支架包括：两颗销钉、两根上连接杆、两个锁紧螺母、两根下连接杆、底座、四个滑轮；高压气缸底面分别通过各自销钉与各自上连接杆的一端连接，两个上连接杆有外螺纹，通过各自的锁紧螺母固紧上连接杆，两根下连接杆垂直固定在底座上，底座下面安装有四个滑轮。

所述的发射管支架包括：两颗销钉、支撑杆、固定杆、定位销、底座；发射管底面分别通过销钉与固定杆的一端和支撑杆的一端连接，固定杆的另一端与底座（连接，支撑杆的另一端上开有等间距的小孔，支撑杆的另一端插入并穿过固定杆，定位销通过固定杆孔和支撑杆上的小孔进行定位，选择支撑杆上的不同孔的位置与定位销配合，能使发射管实现不同角度的倾斜。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型采用由排气筒，排气管，消音筒，紧定螺钉组成的排气消音机构，通过对气流的正确有效快速的导流，使弹体前部的压缩气体能够很好的通过此排气消音机构进入大气，不会产生扰动前端流场的冲击气体，另外通过这种排气方式，降低实验中弹体运行过程产生的噪音；通过发射管支架，消音筒支架和气缸支架的调节，可设定不同的射弹角度，进行不同的对比实验；在不同水位及不同发射角度射弹实验过程中，另外配合水位的调节可以进行弹体倾斜入水和出水空泡实验。定位磁铁可以保证钢性弹体在发射管内的位置准确可靠，不会发生偏斜和滑落，使弹体在高压驱动气体作用下按正常的弹道轨迹运行，进行高速射弹的入水和出水实验研究。本实用新型结构简单，装卸容易，方便实用，成本低廉，便于维护。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是弹体发射过程中气流流向示意图 。 

图3是图1中排气筒的立体图。

图4是气缸支架立体图。

图5 是图1A-A处的局部剖视图。

图6是发射管支架立体图。

图中：1.消音筒、2.排气管、3.排气筒、4.紧定螺钉、5.密封软管、6.发射管、7.定位磁铁、8.弹体、9.管阀连接器、10.电磁阀、11.缸阀连接器、12.高压气缸、13.高压气源、14.气缸支架、15.发射管支架、16.水箱、17.消音筒支架、14-1.销钉、14-2.上连接杆、14-3.锁紧螺母、14-4.下连接杆、14-5.底座、14-6.滑轮、15-1.销钉、15-2.支撑杆、15-3.固定杆、15-4.定位销、15-5.底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如附图1、图2所示，本实用新型包括消音筒1，排气管2，排气筒3，紧定螺钉4，密封软管5，发射管6，定位磁铁7，弹体8，管阀连接器9，电磁阀10，缸阀连接器11，高压气缸12，高压气源13，气缸支架14，发射管支架15，水箱16，消音筒支架17；水箱16正面和背面设有机玻璃的观测视窗，透过视窗的有机玻璃可观测到水箱16内的水位及弹体8发射后空泡产生和发展的过程；水箱16左侧下方有水位调节装置，通过控制水位调节装置，可改变水箱16内水位；水箱16侧壁开有法兰孔，法兰孔外装有密封软管5，发射管6的一端通过密封软管5插入水箱16中后安装在消音筒1内的排气筒3的一端，通过紧定螺钉4连接消音筒1和排气筒3，消音筒1的顶部开有出气孔，出气孔连接排气管2，消音筒1的前端下部开有排水孔（排除消音筒1中的上次试验所进入的水），消音筒1的前部开有弹体射出孔，可调消音筒1高度的消音筒支架17固定在水箱16里；发射管6的另一端通过管阀连接器9、电磁阀10、缸阀连接器11，与高压气缸12相连，高压气缸12连接高压气源13，定位磁铁7置于发射管6的另一端的外圆柱面上，与定位磁铁7对应的发射管6的另一端孔内装有弹体8，可调发射管6角度的发射管支架15和可调高压气缸12高度的气缸支架14均固定在地面上。

如附图2、图3所示，所述的排气筒3为阶梯状筒体，排气筒3大端筒体与消音筒1紧密配合，大端筒体上下各开一螺纹孔，排气筒3与消音筒1尾部的螺纹孔用紧定螺钉4连接发射管6，排气筒3小端筒体上开有四排沿圆周等分分布的排气孔。此部分形成的排气消音机构，能对发射过程弹体8前部的气体形成有效快速导流，将其排除到大气中，从而在弹体8入水前，对流场不会产生扰流现象，对弹体8入水时的流场的观测及分析研究提供很大帮助

如附图4、图5所示，所述的气缸支架14包括：两颗销钉14-1、两根上连接杆14-2、两个锁紧螺母14-3、两根下连接杆14-4、底座14-5、四个滑轮14-6；高压气缸底面分别通过各自销钉14-1与各自上连接杆14-2的一端连接，两个上连接杆14-2的另一端分别装在各自的下连接杆14-4孔中，两根上连接杆14-2上端均有外螺纹，通过各自的锁紧螺母14-3固紧上连接杆14-2，两根下连接杆14-4垂直固定在底座14-5上，底座14-5下面安装有四个滑轮14-6，可方便分离管阀连接器9，方便弹体8的装填及设备移位、维修等。通过调节锁紧螺母14-3，可调节气缸支架14的高度，从而在通过调节发射管6支架调节发射角度时，同步调节高压气缸12的高度和消音筒1的高度，保持整个装置的角度一致和稳定。

如附图6所示，所述的发射管支架15包括：两颗销钉15-1、支撑杆15-2、固定杆15-3、定位销15-4、底座15-5；发射管6底面分别通过销钉15-1与固定杆15-3的一端和支撑杆15-2的一端连接，固定杆15-3的另一端与底座15-5连接，支撑杆15-2的另一端上开有等间距的小孔，支撑杆15-2的另一端插入并穿过固定杆15-3，定位销15-4通过固定杆15-3孔和支撑杆15-2上的小孔进行定位，选择支撑杆15-2上的不同孔的位置与定位销15-4配合，能使发射管6实现不同角度的倾斜，从而实现不同入水角度弹体发射实验。

本实用新型的工作过程如下：

实验开始前，移动气缸支架14，打开管阀连接器9，将弹体8放入发射管6中，利用定位磁铁7将弹体8固定到实验所需位置，锁紧管阀连接器9，然后用密封锡纸薄膜密封住消音筒1左端的弹体射出孔，再在水箱16内放入实验所需的一定深度的水，打开高压气源13将高压氮气充入到高压气缸12中，使得高压气缸12的压力达到实验需要的压力值，打开电磁阀10，高压气体推动弹体8高速运动，发射管6中弹体8前端气体被驱动压缩后进入排气筒3内部，由排气筒3管壁上的排气孔到达消音筒1内部，然后通过消音筒1上部的排气管2进入大气中，随后高速运动的弹体8冲破消音筒1前端的密封锡纸薄膜进入水箱16中，在70m/s~100m/s高速运动的弹体8表面形成超空泡，进行无扰动段高速射弹超空泡流的实验。

通过调整发射管支架15的角度，同时打开锁紧螺母14-3，调节气缸支架14和消音筒支架17的高度，可以调整发射管6及整个系统的发射角度，实现不同发射角度下水下弹体高速射弹产生超空泡的实验研究。通过控制水箱16左下角的水位调节装置，可改变水箱内水位，实现不同水位下高速射弹实验研究。

经过上述方法，使用上述试验装置可实现不同倾斜角度水下发射弹体，用于前端无扰动流产生的高速入水射弹超空泡发生实验研究。

Claims (4)

1.一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置，其特征在于：包括消音筒（1），排气管（2），排气筒（3），紧定螺钉（4），密封软管（5），发射管（6），定位磁铁（7），弹体（8），管阀连接器（9），电磁阀（10），缸阀连接器（11），高压气缸（12），高压气源（13），气缸支架（14），发射管支架（15），水箱（16），消音筒支架（17）；水箱（16）正面和背面设有机玻璃的观测视窗，水箱（16）侧壁开有法兰孔，法兰孔外装有密封软管（5），发射管（6）的一端通过密封软管（5）插入水箱（16）中安装在消音筒（1）内的排气筒（3）的一端，通过紧定螺钉（4）连接消音筒（1）和排气筒（3），消音筒（1）的顶部开有出气孔，出气孔连接排气管（2），消音筒（1）的前端下部开有排水孔，消音筒（1）的前部开有弹体射出孔，可调消音筒（1）高度的消音筒支架（17）固定在水箱（16）里；发射管（6）的另一端通过管阀连接器（9）、电磁阀（10）、缸阀连接器（11），与高压气缸（12）相连，高压气缸（12）连接高压气源（13），定位磁铁（7）置于发射管（6）的另一端的外圆柱面上，与定位磁铁（7）对应的发射管（6）的另一端孔内装有弹体（8），可调发射管（6）角度的发射管支架（15）和可调高压气缸（12）高度的气缸支架（14）均固定在地面上。

2.根据权利要求1所述的一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置，其特征在于：所述的排气筒（3）为阶梯状筒体，排气筒（3）大端筒体与消音筒（1）紧密配合，大端筒体上下各开一螺纹孔，排气筒（3）与消音筒（1）尾部的螺纹孔用紧定螺钉（4）连接发射管（6），排气筒（3）小端筒体上开有四排沿圆周等分分布的排气孔。

3.根据权利要求1所述的一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置，其特征在于，所述的气缸支架（14）包括：两颗销钉（14-1）、两根上连接杆（14-2）、两个锁紧螺母（14-3）、两根下连接杆（14-4）、底座（14-5）、四个滑轮（14-6）；高压气缸底面分别通过各自销钉（14-1）与各自上连接杆（14-2）的一端连接，两个上连接杆（14-2）的另一端分别装在各自的下连接杆（14-4）孔中，两根上连接杆（14-2）上端均有外螺纹，通过各自的锁紧螺母（14-3）固紧上连接杆（14-2），两根下连接杆（14-4）垂直固定在底座（14-5）上，底座（14-5）下面安装有四个滑轮（14-6）。

4.根据权利要求1所述的一种无干扰空泡流产生的水下超空泡发生装置，其特征在于，所述的发射管支架（15）包括：两颗销钉（15-1）、支撑杆（15-2）、固定杆（15-3）、定位销（15-4）、底座（15-5）；发射管（6）底面分别通过销钉（15-1）与固定杆（15-3）的一端和支撑杆（15-2）的一端连接，固定杆（15-3）的另一端与底座（15-5）连接，支撑杆（15-2）的另一端上开有等间距的小孔，支撑杆（15-2）的另一端插入并穿过固定杆（15-3），定位销（15-4）通过固定杆（15-3）孔和支撑杆（15-2）上的小孔进行定位，选择支撑杆（15-2）上的不同孔的位置与定位销（15-4）配合，能使发射管（6）实现不同角度的倾斜。

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