[发明专利]用于超空泡水下航行体的自动触发式格栅尾翼结构

说明书

本发明公开了一种用于超空泡水下航行体的自动触发式格栅尾翼结构，两组自动触发式格栅式尾翼结构对称安装在航行体尾部，格栅式控制面5安装在航行体尾部的凹槽4中；圆柱状铁芯6安装在格栅式控制面5前端正中央；旋转轴7穿过格栅式控制面5尾部固定在航行体上；电磁铁8安装在凹槽4中处于圆柱状铁芯6正下方，与航行体固连；可伸缩弹簧9安装在凹槽4纵向中后部，横向正中间，下端与航行体固连；两枚金属电极片10并排平行近距离贴在航行体尾部表面；直流电源11放置在航行体内部，通过若干导线分别与电磁铁8和金属电极片10连接。本发明优化了超空泡水下航行体的设计，增强了高速航行体在超空泡中运动时的稳定性，同时避免了增加水中航行的阻力。

技术领域

本发明涉及流动控制领域，具体涉及一种用于超空泡水下航行体的自动触发式格栅尾翼结构。

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增加存在四种稳定模式：(1)双空泡流动状态(航速约0～70m/s)。(2)沿着空泡内壁滑移(航速约50m/s～200m/s)(3)与空泡边界发生碰撞作用(航速约300m/s～900m/s)。(4)与空泡内的蒸汽及射流相互作用(航速约900m/s～1000m/s或更高)。对于后三种状态，整个航行体都被包裹在空泡中，处于超空泡状态，阻力大为减弱，与此同时当由状态(2)进入状态(3)甚至进入状态(4)时，航行体会在空泡内由于碰撞作用发生严重的失稳，极大地增加了控制难度，是超空泡航行体的工程设计中一直存在的难题。

格栅尾翼是近年来针对空气中的航行体提出的一种新型尾翼结构，具有展弦比大，铰链力矩小，升力特性好，易于折叠在表面上并能够显著增强其稳定性的特点。

中国专利96194706.3公开了一种带有格栅式控制面的火箭结构，改进了传统的带有格栅式控制面的火箭及格栅式控制面，提高了空气动力性能同时保持了其机动性。其格栅尾翼特征许多小方框组成的蜂窝式结构，弦向尺寸很小，展弦比大，铰链力矩小，升力特性好，易于折叠在表面上并能够增强其稳定性。这种格栅尾翼结构仅适用于空气中的航行体，直接应用到水下航行体时会显著增加航行阻力。

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超空泡水下航行体提供一种自动触发式格栅尾翼结构，通过利用格栅翼结构在空气中对航行体的稳定作用以及电解质溶液(海水)的导电作用，优化超空泡水下航行体的设计，达到增强高速航行体在超空泡中运动时的稳定性同时避免增加水中航行阻力的目的。