[实用新型]一种舰船气泡尾流场实验室模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种舰船气泡尾流场实验室模拟装置，其属于舰船尾流场的模拟及船池实验技术领域。

背景技术

水面舰船航行时，会在其尾部形成一条含有大量微小气泡的尾迹。由于气泡的存在，尾流场的声、光等物理特征与周围普通水域相比存在显著差异，从而为探测、跟踪水面舰船提供了良好的目标特征。因此，舰船尾流气泡场特征研究具有重要的军事和民用价值，并已成为鱼雷制导、遥感探测等领域的一个热点。而直接在海上对实船的气泡尾流场特性及相关探测技术进行检测和试验，存在费用高、周期长等诸多不便，特别是海况、气象等不可控因素严重影响测量结果的可信性和规律性。所以，在实验室中模拟产生舰船气泡尾流场，对其物理特性及相关检测技术开展基础性研究，是一种高效的途径。目前，实验室中模拟生成气泡尾流场的方法主要有如下几种。

一、电解水法：根据电解水产生氢气的基本原理，将安放在水中的导电金属板接直流电源阳极，金属丝接阴极，通电后在金属丝上产生与金属丝直径相当的氢气泡，并通过调节电流改变气泡的数密度。但该方法无法生成舰船初始尾流中的大尺度气泡，且能耗巨大，产生的大量氢气散布于实验室内易引发爆炸、火灾，构成安全隐患。

二、化学反应法：即利用化学药剂与水反应生成气泡，目前常见的是使用酒石酸和碳酸氢钠配比的混合物与水剧烈反应生成大量二氧化碳气泡。但该方法生成气泡的尺度不易控制，且化学药剂难以快速均匀的散布于水中，可能形成一个个气泡密集的孤立“气穴”，无法模拟气泡均匀分布的舰船气泡尾流场。

三、微孔喷气法：将压缩气体通过微孔陶瓷等多孔材料直接喷入水中形成大量气泡。但在静水条件下该方法生成气泡的直径很难小于300μm，故该法只能生成舰船初始尾流中较大尺度的气泡，而无法模拟尾流自导鱼雷主要探测的中远程舰船气泡尾流场。

四、负压吸入法：通过专门设计的水翼在水中快速运动或水体流动，在翼面上产生局部负压，吸入外界空气后产生微气泡。但该方法较难控制气泡的尺度和数密度。

上述方法除存在各自的不足外，还有一个共同的缺点，即仅产生了尾流中的气泡而无法模拟舰船运动产生的流场。但实际舰船尾流中，螺旋桨排出流、船体绕流及船兴波等因素产生的舰船尾流湍流场对微气泡的运动特性、存留时间、扩散规律等均有显著影响。因此，为更逼真的模拟舰船气泡尾流场，必须综合考虑舰船运动产生的气泡场和湍流场。

发明内容

本实用新型提供一种舰船气泡尾流场实验室模拟装置，旨在克服现有方法的不足，实现对舰船气泡尾流场初生、扩散、消失的全寿命周期，气泡场、湍流场有机融合的全要素模拟。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种舰船气泡尾流场实验室模拟装置，它包括一个船模，它还包括一个动力装置、一个舵形微孔陶瓷管和一个供气装置，所述动力装置采用推进电机经传动轴驱动螺旋桨，在螺旋桨后部的船模上，采用固定架悬挂一个舵形微孔陶瓷管；所述供气装置采用气源依次通过压力控制阀、气体流量计、供气软管连接位于舵形微孔陶瓷管中的供气管；所述舵形微孔陶瓷管采用中空薄壁的流线型结构，供气管通到舵形微孔陶瓷管内部空腔底部，微孔陶瓷管壁密布大小分布均匀、相互连通的桥拱状开口气孔，在船模的航速为每秒钟1m时，桥拱状开口气孔的孔径为0.05-0.15um，微孔陶瓷管壁的壁厚为12-16mm，通入气体的压力为0.25-0.35个大气压。

上述的技术方案用于模拟生成舰船气泡尾流场。船模的线型、舵形微孔陶瓷管的尺寸和形状、螺旋桨的配置根据模拟的目标船设计和安装。推进电机通过传动轴带动螺旋桨提供船模自航所需的动力，并通过调节推进电机转速和船模吃水，实现不同航速、不同装载条件下舰船尾部模拟流场的生成。舵形微孔陶瓷管通过固定架安装于船模艉部舵叶处。气源的出口装有压力控制阀，由供气软管依次连通的气体流量计、舵形微孔陶瓷管向舰船尾部模拟流场中注入气体，生成大量微气泡，实现气泡场与湍流场的耦合模拟。舵形微孔陶瓷管的微孔孔径根据流场中气泡成长规律计算确定，并结合压力控制阀调节供气压力，实现对气泡尺度分布的控制。通过气体流量计调节供气流量，实现对气泡数密度的控制。