[发明专利]一种用于带有尾翼的高速水下航行体的电磁控制装置

说明书

本发明公开了一种用于带有尾翼的超空泡高速水下航行体的电磁控制装置。包括薄条状磁体、薄条状电极、固定框、直流电源，该装置整体形状与尾翼形状保持一致，紧贴于航行体尾翼表面，薄条状磁体与薄条状电极相互穿插间隔排列，磁体与电极顺着航行体轴线方向摆放，相邻的两个条状磁体顶部极性相反，相邻两个条状电极极性相反。电极的厚度等于磁体的厚度，电极和磁体设有固定框，通过固定框将装置固连，同时将本装置与航行体外壳、磁体与电极隔离，若干个电极分别通过导线与航行体内的直流电源连接。

技术领域

本发明涉及流动控制领域，具体涉及一种用于带有尾翼的超空泡高速水下航行体的电磁控制装置。

背景技术

当水下航行体高速运动时，在一定条件下会产生空泡现象。空泡现象通常是指在液体流场的低压区，当其局部压力达到液体的饱和蒸汽压时, 液体介质因气化而出现“空洞”, 我们把这一“空洞”称为“空泡”。一般而言，对于流场包裹的水下航行体，当产生的空泡长度小于该航行体长度时称为局部空泡；而当产生的空泡长度达到或超过该航行体的长度时称为超空泡。

超空泡由于尺度大于航行体，将整个航行体包裹在其内部，使得航行体与水体的接触面积减到最小，从而大大降低了水体对航行体的粘性阻力，减阻率可达90%以上。其中俄罗斯取得成绩最为引人注目,速度可达90~100m/s的“暴风雪”水下超空新型泡航行器,已经装备部队,并投放国际武器市场。这也导致了美、德、英和法国等西方国家从20世纪90年代初至今的第二次研究热潮。

对于带空泡的水下航行体的运动随着速度的衰减存在四种稳定模式：（1）与空泡内的蒸汽及射流相互作用（航速约 900m/s～1000m/s 或更高）。（2）与空泡边界发生碰撞作用（航速约 300m/s～900m/s）。（3）沿着空泡内壁滑移（航速约50m/s～200m/s）（4）双空泡流动状态（航速约 0～ 70m/s）。对于前三种状态，整个航行体都被包裹在空泡中，处于超空泡状态，而当由状态（3）进入状态（4）时，随着速度的衰减，空泡从航行体中后部开始向头部和尾部萎缩，形成头部和尾部两个局部空泡，沾湿面积增大，阻力增大。

对于超空泡状态下的高速航行体，尾翼能够增强其稳定性，但当速度降低，空泡萎缩时，尾翼的部分会穿刺空泡实现局部沾湿，其造成的阻力对整体阻力贡献十分明显。

中国专利200710038780.9公开了一种水下航行体电磁加热空化装置，该装置利用电流使分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，温度迅速升高，使得空化器的温度提高，导致空化器周围的水温达到或超过汽化温度而发生汽化，从而在航行体周围形成气泡。这种方式在航行体高速运动下对水流加热效率低，适用范围窄，同时对产生的电磁力未加以控制，应用不善会导致增阻。

中国专利201410187692.5公开了一种带有内置舵机装置的超空泡航行体模型，该发明能将舵机装置集成布置在超空泡航行体模型内部，且能实现对两舵轴的主动控制和角度反馈。但是该航行体模型仅适用于超空泡水下航行体水动力学试验技术领域，不考虑减阻效果，不适合用于工程实际。

发明内容

本发明的目的在于针对带有尾翼的高速水下航行体提供一种电磁控制装置，通过利用电流对电解质（海水）的电解作用以及电磁力对电流的力学作用，优化超空泡水下航行体的设计，延长超空泡的持续时间并增加动力，达到有效减阻增加航速与航程的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于高速水下航行体的电磁控制装置，包括薄条状磁体、薄条状电极、固定框、直流电源，该装置整体形状与尾翼形状保持一致，紧贴于航行体尾翼表面，薄条状磁体与薄条状电极相互穿插间隔排列，磁体与电极顺着航行体轴线方向摆放，相邻的两个条状磁体顶部极性相反，相邻两个条状电极极性相反。电极的厚度等于磁体的厚度，电极和磁体设有固定框，通过固定框将装置固连，同时将本装置与航行体外壳、磁体与电极隔离，若干个电极分别通过导线与航行体内的直流电源连接。