[发明专利]一种航行器尾部引气减阻装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种航行器尾部引气减阻装置，应用于水下高速航行体的高效能推进领域。

背景技术

水中高速航行器面临着速度高阻力大的难题，难以有足够的推力保持高速航行，因此必须进一步降低水下航行阻力。目前高速航行器设计通过超空泡覆盖和表面减阻涂层等方法可以大幅降低头部阻力和航行体表面的摩擦阻力。

高效能推进动力面临的问题是，在推进动力产生的高速喷流的外围，因为喷流的引射作用，产生较大的低压空间，致使尾部的阻力较大，从而降低推力的效率，尾部的阻力在总的阻力中占据了约50％甚至更高。

对于尾部无法设计为流线型收缩外形的水下航行体，为减少尾部阻力，已经提出的方法是在尾部补气产生稳定的气泡，气泡填充尾部的外形，形成流线型气泡外形，从而消除尾部分离流动阻力。但是该方法不适用于有高速喷流的状态。

要减少推进动力的高速喷流引射带来的尾部阻力，需要通过持续的径向引气改变喷流外围的流动，在尾部形成持续的高压环境，从而降低尾部阻力，甚至在尾部产生一定的附加推力。虽然径向引气会消耗一定的动力喷流的流量，但是鉴于尾部阻力已经占据了总阻力的50％以上，通过降低尾部阻力可以弥补喷流的流量损失，而且总体提高动力的使用效率。

中国专利：ZL 201110012161.9《一种XXXX尾部补气减阻方法》提供了一种尾部补气减阻方法。采用该方法可以使航行体在水中飞行的过程中逐步向尾气泡充气，保持尾部有饱满的尾部气泡，有效地保持尾泡外形与饱满程度，减小尾部阻力的目的。但是该方法需要在初始时刻需要通过高压燃气压入，形成初始的尾泡，不能保持尾泡的尺寸和形状，在航行过程中，会被水流冲刷，变得越来越小，高速喷流有抽吸现象，会加速尾泡的消失，因此，不适用于尾部有高速喷流的状态。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种航行器尾部引气减阻装置，在航行器尾部形成持续稳定的气泡，消除高速喷流引射产生的低压区域，提高尾部压力，从而降低尾部阻力，总体提高推进效率。

本发明的技术解决方案是：一种航行器尾部引气减阻装置，该装置包括集气环和防冲刷裙，集气环为环形管，围绕发动机喷管中部外周固定安装，集气环内侧通过多个引气孔与发动机喷管相通，将发动机喷管的燃气导入集气环，集气环外侧开有多个排气孔，将集气环的燃气排出；防冲刷裙为中空壳体，固定接续在航行器壳体尾部，其外径与航行器壳体平齐，沿航行器轴向延伸至发动机喷管中部，其轴向长度大于集气环与发动机底部的距离；航行器推进系统启动后，发动机装药点火产生燃气，燃气通过发动机喷管向下游喷射，部分燃气在发动机喷管中部通过引气孔进入集气环，在集气环中燃气得到膨胀和降温，再通过排气孔喷出，喷出的燃气被防冲刷裙阻挡，在发动机底部聚集形成稳定气泡，提高发动机底部的压力，降低尾部阻力。

所述引气孔的开孔面积应保证引出燃气的最大流量不超过发动机总流量的10％。

所述排气孔总面积为引气孔的总面积的2～2.5倍。

所述集气环的最大直径小于发动机喷管的最大直径，防止发动机喷管对集气环的抽吸。

所述集气环的内部圆环直径范围为引气孔直径的10～50倍，保持集气环的燃气合理的膨胀。

所述排气孔均布在集气环外沿，排气孔与集气环上的引气孔连线与垂直于航天器轴线的平面夹角均在[-45^°,45^°]范围内，形成径向和斜向上游和斜向下游的燃气喷流。

所述集气环与发动机喷管融合焊接而成。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明在航行器发动机喷管中部安装集气环，采用引气孔持续将小部分发动机喷管内的高压高温燃气引入到集气环中，燃气在集气环中燃气得到膨胀，再由排气孔将高压高温燃气，从发动机侧面喷出，在尾部形成高压区域，形成尾部高压气泡，从而提高尾部压强，降低尾部阻力；

(2)、本发明在航行器尾部安装防冲刷裙，从排气孔喷出的高压高温燃气被防冲刷裙遮挡，在发动机底部聚集，防冲刷裙保护尾部高压气泡，减小上游对尾部气泡的冲刷，保持尾部气泡长时间稳定，从而减少燃气的消耗，长时间减小尾部阻力；

(3)、本发明集气环的多个排气孔均布在集气环外沿两侧45度范围内，形成径向和斜向上游和斜向下游的燃气喷流，喷出的燃气集中在尾部，效率高，可以进一步减少燃气的排量；

(4)、本发明集气环与发动机喷管融合焊接，起到加强喷管中部强度的作用，解决由于发动机喷管中部开孔带来的强度下降问题；