[发明专利]一种自适应连续可调的空化器结构

说明书

本发明公开了一种自适应连续可调的空化器结构，包括相互连接的基准底盘、可旋转伸缩部件、驱动机构部件；所述基准底盘和可旋转伸缩部件在伺服电机的动力驱动作用下转动，多层所述扇形部组转动时形成的外缘直径大小随着所述伺服电机的转动变化连续可调。本发明在水下航行体变速航行的过程中，通过驱动机构部件提供动力驱动可旋转伸缩部件的多层扇形部组同步向外扩张或向内收缩；根据航行体外流场的流体动力参数的变化情况反馈调节驱动机构部件进而实现空化器直径的自适应变化，从而完成空泡尺寸和形态的控制，在最大程度上减小水下航行体的沾湿面积且降低额外带来的压差阻力，大大降低了摩擦阻力和总阻力，可大大提高航行体的最大速度和航程。

技术领域

本发明涉及超空泡技术中的空化器结构设计模拟领域，具体是一种在不同空化数下自适应连续可调的空化器结构及配置了该空化器结构的水下航行体。

背景技术

超空泡航行体的头部一般需要安装有利于诱导空化的特殊部件，称为空化器。为了使超空泡航行体在水下作业时可以实现转弯、上浮以及变速度等复杂运动，位于头部的变结构空化器起着关键性作用，其应实现空泡的有效控制，以满足全程变速航行时空泡尺度与航行体相匹配，从而能够生成稳定的、高效减阻的、形态可控的超空泡。

空化器形状直接影响超空泡形态和水下航行体的减阻效果以及所产生空泡的可控制程度，超空泡减阻的关键是在水与物体表面之间形成稳定的气层，现有空化器按形状可分为圆盘空化器、圆锥空化器、半球头空化器及内凹锥形空化器等不同的固定结构空化器。若不考虑重力影响，所形成的超空泡近似为椭球体，形态比较单一。固定结构的空化器有以下缺点：

1.当水下航行体由低速加速到巡航速度过程中，固定结构空化器产生超空泡不稳定，不能对超空泡的长度和直径产生有效的控制，无法实现超空泡外形与水下航行体外形相匹配；

2.在空化数相同的情况下，固定结构空化器只能形成固定形态的超空泡，水下航行体受到正面阻力和压差阻力较大，不能使水下航行体整体阻力减到最小；

3.在固定结构空化器形状的条件下，形成空泡体周围流体存在压力差异，存在压力差异则导致空泡产生不稳定效应，从而影响水下航行体的稳定性。

市场上也有一些变结构空化器，其大多数采用离散组合式空化器结构，产生的空泡较小，难以对空泡形态做出较大的改变，其仅适用于空化数变化较小的水下航行体。

因此，有必要设计一种结构形状可变且能适应水下航行体不同速度的自适应连续可调的空化器结构及配置有该空化器结构的水下航行体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种自适应连续可调的空化器结构及水下航行体，用以解决目前固定结构空化器在水下航行体加速过程中产生的超空泡外形与航行体外形不匹配、整体阻力偏大、空泡稳定性差以及机动性差等问题。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种自适应连续可调的空化器结构，包括相互连接的基准底盘、可旋转伸缩部件以及驱动机构部件，其中，

基准底盘，安装于所述可旋转伸缩部件和驱动机构部件之间，所述基准底盘的几何中心固定连接到驱动机构部件；

可旋转伸缩部件，包括多层可同步向内/外伸缩运动的扇形部组，每层所述扇形部组分别转动连接驱动连杆，每个所述驱动连杆另一端连接到驱动机构部件；

驱动机构部件，包括一端固定连接所述基准底盘、中部转动连接所述驱动连杆的中心主动轴，以及与所述中心主动轴另一端动力连接的伺服电机；

所述基准底盘和可旋转伸缩部件在所述伺服电机的动力驱动作用下转动，多层所述扇形部组转动时形成的外缘直径大小随着所述伺服电机的转速变化连续可调。