[实用新型]一种用于提高通气空泡稳定性的流动控制装置

说明书

本实用新型公开了一种用于提高通气空泡稳定性的流动控制装置，所述流动控制装置包括空化器、导气碗、通气管路、螺旋组件以及流量控制器等，高压气流沿所述通气管路经进气孔进入到隔层最终从排气孔排出形成回旋气流，并对所述螺旋组件形成冲击使其环绕所述超空泡水下航行体旋转，本实用新型通过在传统的空化器上增加流动控制装置，使空泡内气体起旋，将高压气流内能转化为轴向和切向动能，从而实现对空泡形态施加主动控制。

技术领域

本实用新型涉及水下航行体超空泡技术的技术领域，具体是一种用于提高通气空泡稳定性的流动控制装置。

背景技术

随着科技的不断进步，源自于对空化理论颠覆性的认识，以前认为螺旋桨叶片的空化现象带来推进效率的降低，应该抑制空化的产生，后来发现水下航行体高速航行时出现的空化现象，在降低表面摩擦阻力方面表现出极佳的效果，从而已引起国内外研究人员广泛关注，经过不断深入的研究学习，最终发展为人工通气超空泡技术，其基本原理是通过在航行体表面通气生成稳定包裹航行体的空泡，使航行体表面与液体介质隔离，大大减小航行体的摩擦阻力，可以实现90％以上的减阻率。超空泡减阻技术彻底改变水下航行器运行模式，必将引起水下运载和武器装备技术变革。

但是在水下由气体聚合形成的超空泡有其非常不稳定的一面。超空泡航行体在各种情况下，例如：航行机动过程中姿态变化，航速变化，下潜深度改变带来的环境压力变化，水中存在涡流区，鱼群撞击，水下近自由界面航行，出入水过程中，通气不足，过量通气或者通气不均匀，以及尾喷射流的卷吸作用影响等等，都会出现空泡形态震荡，界面波动，甚至极端情况下会出现空泡溃灭。引发空泡失稳的因素大致可以分为两类，空泡外水流环境的参数扰动和空泡内流体参数的扰动。

超空泡失稳带来的危害也非常明显，最直接的会改变航行体动力学特性，影响到航行的稳定。其次，空泡在震荡或者溃灭过程中会产生极高的瞬间压力，对航行体结构形成损伤。最后，空泡内压力脉动和气体噪音有着直接的联系，超空泡失稳产生的噪音问题会暴露军事目标的存在，直接制约着超空泡技术在水下武器上的应用。可见超空泡形态稳定性是保证带空泡航行体的运动和动力稳定性的前提和基础，因此研究可提高空泡稳定性的流动控制方法及装置具有非常重要的意义。

目前现有的研究，针对空泡形态稳定性的问题，大多是采用改变空化器形状和调节通气流量的方法，然而空泡在各种复杂扰动如外界压力波动、尾喷流扰动和通气量突增等作用下易出现界面失稳甚至溃灭等问题，如何提高水下航行体超空泡形态在复杂扰动下的稳定性是亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于提高通气空泡稳定性的流动控制装置，通过添加轴向螺旋组件使空泡内气体起旋，从而实现对空泡形态及稳定性问题施加主动控制，提高水下航行体超空泡形态在复杂扰动下的稳定性。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种用于提高通气空泡稳定性的流动控制装置，包括可拆卸地安装在超空泡水下航行体头部的空化器，还包括：

导气碗，包括端部固定连接所述空化器的碗体，所述碗体为内部具有隔层的双层结构，其中，远离所述空化器的内层中部开设有进气孔、围绕所述进气孔的外延均匀开设有多个排气孔；

通气管路，一端固定连接碗体的内层、另一端通过管道连接到外部的高压气流源、中部外侧套接有螺旋组件；

螺旋组件，包括套接在所述通气管路外侧的螺旋套筒以及均匀布设于所述螺旋套筒外侧的多个螺旋叶片；

高压气流沿所述通气管路经进气孔进入到隔层最终从排气孔排出形成回旋气流，并对所述螺旋组件形成冲击使其环绕所述超空泡水下航行体旋转。

进一步的，所述流动控制装置还包括安装在所述通气管路远离空化器一侧端部的流量控制器，用于调控进入通气管路内高压气流的总流量大小。

进一步的，所述螺旋组件安装于所述导气碗的空腔内部。