[发明专利]一种水面舰船气泡尾流消减装置

说明书

本发明涉及一种水面舰船气泡尾流消减装置，属于舰船尾流特征控制技术领域。该消减装置根据气泡尾流产生和浮升演变规律以及水面舰船外形结构特点，分别在推进器轴下方舱壁、左舷吃水线下舱壁以及右舷吃水线下舱壁安装超声换能器阵列，同时根据舰船航速监测单元实时监测的舰船航行信息，超声换能控制单元对各换能器阵列的工作状态进行调整以适应气泡尾流强度的变化，从而更能有效地消减水面舰船气泡尾流中的气泡。

技术领域

本发明涉及一种用于消减水面舰船气泡尾流特征的舰船自载装置，属于舰船尾流特征控制技术领域。

背景技术

水面舰船在航行过程中，由于螺旋桨的运动引起旋转空化和船身吃水线处波浪破碎及空气的卷入，而在船尾的水域中形成一条含有大量气泡和涡流的特殊区域，称为舰船气泡尾流。在经历近尾流区域浮升、融合、破碎等复杂演变后，水面的远场尾流将包含一定量的微米尺度气泡，称为气泡尾流。气泡尾流将在海水中留存较长时间，可以达到数十分钟。

第二次世界大战结束以后，美国即开始了对舰船尾流的研究，20世纪50年代末就有了最原始的尾流自导鱼雷。尾流自导鱼雷基于舰船气泡尾流的声学和光学特性，具有速度快、航程远、装药量大等特点，对包括航母在内的水面舰船构成严重威胁。

发明内容

由于气泡尾流的存在对水面舰船构成潜在的威胁，本发明根据水面舰船气泡尾流产生源头和演变特征，提出了一种水面舰船气泡尾流消减装置，该消减装置安装于水面舰船上，能够根据舰船的工况，实时调整消减装置自身的工作状态，能够有效地对水面舰船产生的气泡尾流进行消减。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种水面舰船气泡尾流消减装置，所述消减装置包括舰船航速监测单元、超声换能控制单元以及超声换能器阵列；

一个超声换能器阵列安装于左舷吃水线下舱壁，一个超声换能器阵列安装于右舷吃水线下舱壁，每个推进器轴下方舱壁对应安装一个超声换能器阵列；超声换能控制单元安装于船舱内部，舰船航速监测单元安装于舰船指挥室，各个超声换能器阵列以及舰船航速监测单元分别通过电缆与超声换能控制单元连接。

进一步地，水面舰船中含有一个推进器时，超声换能器阵列为三个，一个超声换能器阵列安装于推进器轴下方舱壁；水面舰船中含有两个个推进器时，超声换能器阵列为四个，一个超声换能器阵列安装于右推进器轴下方舱壁，一个超声换能器阵列安装于左推进器轴下方舱壁。

进一步地，所述超声换能器阵列是由一个以上工作频率为1.5MHz～1.7MHz的高频超声换能器组成的，其功率在一定范围内可调，主要是增大发射超声波的功率；优选地，以6～10个高频超声换能器排列成长方形或正方形阵列。

进一步地，超声换能控制单元为基于FPGA的信号分析与处理电路系统，可以控制各超声换能器的开关，调节各超声换能器的工作功率。

另外，舰内用于传输信号的电缆与常用舰船电缆的型号一致，规格满足超声换能器控制信号的传输要求即可，可以提高装置的可靠性以及兼容性。

安装于推进器轴下方舱壁的超声换能器阵列在超声换能控制单元的控制下，对推进器搅动水体产生的气泡尾流进行消减；安装于左、右舷吃水线下舱壁处的两个超声换能器阵列在超声换能控制单元的控制下，对吃水线处波浪破碎及卷入空气产生的气泡尾流进行消减；根据舰船航速监测单元反馈的舰船航行速度信息，超声换能控制单元对各超声换能器阵列的工作状态(包括换能器的开、关状态以及其工作功率等)进行调整，使得水面舰船气泡尾流中的气泡最大程度地消减。

有益效果：

(1)本发明所述的消减装置根据气泡尾流产生和浮升演变规律以及水面舰船外形结构特点，选择超声换能器阵列分别置于推进器轴下方舱壁、左舷吃水线下舱壁、右舷吃水线下舱壁，可以高效地消减水面舰船气泡尾流中的气泡。