[实用新型]一种伴随超空泡产生的水下高速物体发生器

说明书

技术领域

本实用新型涉及流体力学中流体压力的发生器，尤其是涉及一种伴随超空泡产生的水下高速物体发生器。

背景技术

“空化”是一种普遍的水动力学现象，它发生在局部压力低于该温度下饱和蒸汽压的液体区域。就水而言，如果水温不高，将水面的压强降低到某临界值后(该临界值一般为液体的饱和蒸汽压)或将液流加速到一定速度，水体内原来含有的微气泡(气核)便急剧膨胀，随即水中便形成了众多含有水蒸汽或其他气体的明显气泡，这就是人们常见的“空化现象”，产生的气泡则称为“空化泡”。当更大程度地降低水面压强或提高液流速度时，空泡范围长度将会发育成超过绕流物体尺寸大小，导致超空化，即产生“超空泡”(Supercavitation)。在发生超空泡现象的情况下，水中运行的物体将会完全被空泡所包络，此时物体在水中的运行阻力将大大下降。

超空泡主要分为自然超空泡和通气超空泡两种，前者依靠提高航行体的速度产生超空泡，后者依靠人工通气增加空泡内压强生成超空泡。我国在高速物体出入水诱导产生自然超空泡的基础试验研究方面刚刚起步不久，相关的研究单位大多是在水洞中进行，但由于多数水洞只能开展物体入水试验，且试验受弗鲁德数Fr的影响较大，空泡变形较严重，难以准确分析空泡的形态特性。从当前公开发表的文献资料来看，我国对于高速，特别是跨音速的物体以垂直或近垂直角度出入水诱导产生超空泡方面的研究还很少涉及。造成上述现象的主要原因是目前还没有出现能较好地实现伴随超空泡产生的水下高速物体发生器。美国人发明的超空化水下抛射体(US Patent 6405653)，在物体的后端装有一台火箭发动机，由火箭发动机的排气在物体表面产生人工通气气泡。这种设备比较复杂，不适合在实验室普及使用；而且它一般只能维持水平运动，而无法完成兼顾出水和入水试验的任务。

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伴随超空泡产生的水下高速物体发生器，可开展使物体瞬间加速到40m/s至400m/s的速度并以垂直或近垂直角度出入水来诱导产生自然超空泡的试验。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一、一种伴随超空泡产生的水下高速物体发生器：

本实用新型包括高压气源、箱体支撑架、高速摄影仪、工控计算机、两个隔膜、安全截获器、水箱、水箱盖、平板、球阀、发射管和发射管支撑架；箱体支撑架的上端面和平板的中心开有等直径的通孔，平板下端面同轴焊有法兰，法兰向下依次安装第一隔膜和球阀，发射管与发射管支撑架相连接，发射管安放在球阀下面，发射管的发射口中心始终对准球阀的阀口中心，发射管与高压气源连接；平板的上端面与水箱的下端面固接，水箱盖与水箱的上端口通过铰链连接，水箱盖中心开有通孔，水箱盖的上端面与安全截获器连接，水箱盖的下端面依次安装第二隔膜和法兰盖，水箱箱体四周设有观察窗口；高速摄影仪的摄像头对准观察窗口的液体自由面处，高速摄影仪与工控计算机相连。

二、一种伴随超空泡产生的水下高速物体发生器：

本实用新型包括高压气源、箱体支撑架、高速摄影仪、工控计算机、两个隔膜、安全截获器、水箱、水箱盖、平板、球阀、发射管和发射管支撑架；箱体支撑架的上端面和平板的中心开有等直径的通孔，平板下端面同轴焊有法兰，法兰向下依次安装第一隔膜和安全截获器，平板的上端面与水箱的下端面固接，水箱盖与水箱的上端口通过铰链连接，水箱盖中心开有通孔，水箱盖的上端面与球阀连接，水箱盖的下端面依次安装第二隔膜和法兰盖，发射管与发射管支撑架相连接，发射管放置在球阀的正上方，发射管的发射口中心始终对准球阀的阀口中心，发射管与高压气源连接；水箱箱体四周设有观察窗口；高速摄影仪的摄像头对准观察窗口的液体自由面处，高速摄影仪与工控计算机相连。

以上两种技术方案中所述的安全截获器为一个填充满黏土的圆柱钢体。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型采用高压气源所释放的氮气或氦气来驱动试验物体加速、发射，实现试验物体以40m/s至400m/s的速度出入水诱导产生二维自然超空泡流。该超空泡流具有较明显的汽/液两相流相互扰动作用和较清晰的汽/液两相流内外边界，在边界的内侧是单相的水汽流动。这样，再配合使用各种光学仪器和流场可视化仪器，就可以研究和了解空泡内气体的平衡状态及物体形状和物体长径比对超空泡形态发展的影响、物体在水中的阻力系数、自由面与超空泡的相互作用、汽/液界面的不稳定性、湍流边界层的发展等复杂的流体力学过程。