高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置及其调整方法与流程

1.本发明涉及一种高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置及其调整方法，属于运动物体高速入水技术领域。


背景技术：

2.简单描述入水过程如下：物体在空气介质中进行水介质的过程。随着海军装备的日益蓬勃发展，高速跨介质航行体也慢慢多样化起来，入水速度也逐步提高。航行体高速入水瞬间，其不可避免承受巨大的冲击载荷，不仅会对航行体内部的器件造成破坏，也会对航行体结构强度以及航行体航行稳定性产生很大影响。自"暴风雪"超空泡鱼雷的问世以来，水下减阻中的空泡技术被各个国家所重视。空泡减阻技术将运动物体与水的沾湿条件转外为空泡包裹运动体，改变了周围流体介质的密度，很大程度上减小了航行过程中的阻力。但在精准打击领域，空中高速飞行的航行体开始接触水面的时候也会承受巨大的冲击阻力，不仅影响着航行体入水弹道的稳定性，甚至引起航行体的折断，以及带燃料航行体的爆炸，因此对高速航行体入水如何降载问题成为国内外研究的热点问题。
3.航行体高速入水的降载作为入水领域的研究核心方向之一。传统的降载方式都是通过增加降载减阻头帽，或者缓冲弹性材料等，但是在高速入水经过巨大的冲击载荷之后，建组头帽容易遭受破坏，同样弹性材料在冲击载荷下也会发生形变，都会对弹道稳定性造成威胁。在空泡闭合过后，为了继续保证航行体的高速航行，大多采用人工通气的方法，在首部通气，但是无法调整航行体在水下的航行姿态，其次，在斜入水过程中，空泡形状呈现出非对称性。航行体下侧与水接触，使得下侧空泡与大气不直接相通，弹体上侧空泡直接与空气连通，这使得开空泡过程中，上侧空泡内空气流速始终要比下侧空泡流速大，使航行体发生偏转，航行体尾部与空泡壁面发生连续地碰撞和反弹，过大的动应力响应会导致弹体结构失效，整个航行体在绕头部进行转动的同时，航行体还发生振动。伴随着尾部射流和尾拍现象的产生，对航行体尾部结构的强度也有一定的要求，尾拍也影响着航行体整个弹道的稳定性，对精准打击造成消极影响。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述背景技术中提到的现有技术存在的技术问题，提出一种高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置及其调整方法。
5.本发明提出一种高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置，包括整流阀门、通气孔组、整流帽尾端气孔、多孔气流阻断器、可转动漏斗形管、高压气罐、尾部气体管道、尾部气体调节阀、尾部气孔、计算机控制系统、整流罩、航行体壳体和压力传感器；
6.所述整流罩设置在航行体壳体的头部，在整流罩的中心位置设置有整流阀门，在整流罩头部还设置有通气孔组，所述整流罩的尾端设置有整流帽尾端气孔；所述整流帽尾端气孔通过调姿态气体管路与多孔气流阻断器连接，所述调姿态气体管路上设置有气体调节阀，所述整流阀门上的通气孔组通过气体管路与多孔气流阻断器连接，所述多孔气流阻
断器连接可转动漏斗形管，然后与高压气罐连接，在航行体壳体的尾端布置与头部通气孔组同样径向位置的尾部气孔；
7.所述航行体壳体内安装有高压气罐，尾部气孔通过尾部气体管道连接至高压气罐，所述尾部气体管道上设置有尾部气体调节阀，在尾部气孔后面布置压力传感器，压力传感器将压力信息反馈至计算机控制，所述高压气罐的启闭和可转动漏斗形管的转动、尾部气体调节阀和气体调节阀的启闭均受计算机控制系统的控制。
8.优选地，所述航行体壳体呈现回转体结构，其上开孔也呈现均匀分布，均为沿周向4个阵列。
9.优选地，所述航行体壳体内还安装有电池电源。
10.优选地，所述多孔气流阻断器开有5个孔，分别为中心孔和4个周围辐射孔，其中4个周围辐射孔位于中心孔的外周，沿周向均匀分布。
11.优选地，所述中心孔连接气体管路，给通气孔组通气，4个周围辐射孔连接调姿态气体管路，给整流帽尾端气孔通气，而可转动漏斗形管与多孔气流阻断器的接触面积决定了往哪一条管路进行通气。
12.一种所述的高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置的调整方法，具体包括以下步骤:
13.(1)在入水初期，不需要进行姿态调整，可转动漏斗形管位于正中心，高压气罐仅通过气体管路为通气孔组通气，形成包裹航行体的超空泡，利用超空泡技术以达到空泡降阻的目的；
14.(2)在后续需要调整姿态的时候，可转动漏斗形管根据需要通过计算机控制转动与多孔气流阻断器配合调节气孔通气量，实现姿态的调整；
15.(3)当空泡收缩将要发生尾拍条件下，尾部的压力传感器会将信息反馈至计算机控制系统，计算机控制系统控制尾端气体管路打开，尾端气孔通气，调整姿态，避免尾拍的干扰。
16.本发明所述的高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置及其调整方法的有益效果为:
17.本发明利用高压气罐中的压缩气试验通气，在入水瞬间生成超空泡，利用超空泡技术完成对降载的实现，同时通过航行体整流帽尾端不同方位通气孔，实现不同方位的调整，同时尾部装有压力传感器，在即将发生尾拍时，得到预报，高压气罐为尾端气孔进行通气，减少尾拍的影响。
附图说明
18.图1为本发明所述的高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置的外观示意图；
19.图2为本发明所述的高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置的剖面示意图；
20.图3为可转动漏斗形管覆盖面示意图，其中(a)表示为入水时刻，用于通气降载时的可转动漏斗形管与多孔气流阻断器的接触图，(b)表示在通气降载的同时，通过给其中一个整流帽尾端气孔通气，进而进行四个气孔方向中的任一方向的姿态调整时的可转动漏斗形管与多孔气流阻断器接触图，(c)表示通过给两个整流帽尾端气孔通气，通过通气量的不同，实现不同方向上姿态的调整时的可转动漏斗形管与多孔气流阻断器接触图；
21.其中，1-整流阀门、2-通气孔组、3-整流帽尾端气孔、4-气体调节阀、5-调姿态气体管路、6-气体管路、7-多孔气流阻断器、8-可转动漏斗形管、9-高压气罐、10-尾部气体管道、11-尾部气体调节阀、12-尾部通气孔、13-计算机控制系统、14-电池电源、15-整流罩、16-航行体壳体、17-褶皱管路，18-气体管道，19-压力传感器。
具体实施方式
22.具体实施方式一：参见图1-3说明本实施方式。本实施方式所述的高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置，包括整流阀门1、通气孔组2、整流帽尾端气孔3、气体调节阀4、调姿态气体管路5、气体管路6、多孔气流阻断器7、可转动漏斗形管8、高压气罐9、尾部气体管道10、尾部气体调节阀11、尾部气孔12、计算机控制系统13、整流罩15、航行体壳体16和压力传感器19；所述整流罩15设置在航行体壳体16的头部，在整流罩15的中心位置设置有整流阀门1，在整流罩15头部还设置有通气孔组2，所述整流罩15的尾端设置有整流帽尾端气孔3；所述整流帽尾端气孔3通过调姿态气体管路5与多孔气流阻断器7连接，所述调姿态气体管路5上设置有气体调节阀4，所述整流阀门1上的通气孔组2通过气体管路6与多孔气流阻断器7连接，所述多孔气流阻断器7连接可转动漏斗形管8，然后与高压气罐9连接，在航行体壳体16的尾端布置与头部通气孔组2同样径向位置的尾部气孔12；
23.所述航行体壳体16内安装有高压气罐9，尾部气孔12通过尾部气体管道10连接至高压气罐9，所述尾部气体管道10上设置有尾部气体调节阀11，在尾部气孔12后面布置压力传感器19，压力传感器19将压力信息反馈至计算机控制13，所述高压气罐9的启闭和可转动漏斗形管8的转动、尾部气体调节阀11和气体调节阀4的启闭均受计算机控制系统13的控制。高压气罐9作为所有通气的来源，受计算机控制系统13的直接控制。
24.整个航行体16壳体呈现回转体结构，因此在整个开孔也呈现均匀分布，即实现一周4个阵列。整流罩15布置在头部，在其中心位置，布置整流阀门1，在航行体头部周向布置4处通气孔组2，将高压气体均匀喷射。
25.整流帽尾端气孔3就是在整流罩15尾端的小孔，沿着航行体壳体1从头至尾的方向，由调姿态气体管路5进行输送气体给其通气，其主要用于调整航行体壳体16的姿态。
26.所述气体调节阀4设置在气体管路5上面，控制着整流帽尾端气孔3处气体的通断。
27.所述多孔气流阻断器7，具体参照图2的放大和图3(a)，所述多孔气流阻断器7开有5个孔，分别为中心孔和4个周围辐射孔，其中4个周围辐射孔位于中心孔的外周，沿周向均匀分布。所述中心孔连接气体管路6，给通气孔组2通气，4个周围辐射孔连接调姿态气体管路5，给整流帽尾端气孔3通气，而可转动漏斗形管8与多孔气流阻断器7的接触面积决定了往哪一条管路进行通气。说是阻断，实则是只给某一方向的气孔进行通气。可转动漏斗型管8控制着通气向不同气体管路中输送气体。
28.当航行体入水一段距离后，将会发生空泡闭合，空泡在航行体尾端会发生缩小甚至闭合，此时压力传感器19探测到周围流场压力变化，将信号传递至计算机控制系统13，计算机控制系统13控制尾部阀门11给尾部通气孔12通气，达到延迟空泡闭合的效果，防止尾拍的发生。
29.整流罩15通过螺纹与整个航型体壳体16连接在其首端，整流罩15上装有整流阀门1以及周向均匀布置的气孔组2。调剂态气孔3通过布置气体调节阀4的气体管路5与多孔气
流阻断器7连接，同时整流阀门1上的通气孔2也通过气体管路6与多孔气流阻断器7相连接，多孔气流阻断器7连接可转动漏斗形管8连接到高压气罐9。
30.所述可转动漏斗形管8与高压气罐9的连接处安装有褶皱管路17和气体管道18，所述可转动漏斗形管8、褶皱管路17、气体管道18和高压气罐9依次连接。计算机控制系统13控制褶皱管道17，褶皱管道17带动整个漏斗型管8的转动，对不同的气管进行通气。
31.相似的尾部气孔12也通过带有尾部气体调节阀11的气体管路10连接至高压气管9，在尾部气孔12后面布置压力传感器19。
32.计算机控制系统13和电池电压14布置在高压气罐9的前方和后方。
33.利用所述的高速跨介质入水的通气降载和姿态调整装置的调整方法，具体包括以下步骤:
34.(1)在入水初期，不需要进行姿态调整，可转动漏斗形管8位于正中心，高压气罐9仅通过气体管路6为通气孔组2通气，形成包裹航行体的超空泡，利用超空泡技术以达到空泡降阻的目的。
35.(2)在后续需要调整姿态的时候，可转动漏斗形管8根据需要通过计算机控制系统13转动，调节气孔通气量，实现姿态的调整。具体调整过程为:初始在计算机控制系统13上设置好在入水后某一时刻需要进行姿态调整，在该时刻对对应气管通气，向哪一个方向进行偏转。计算机控制系统13控制褶皱管道17，褶皱管道17带动整个漏斗型管8的转动，对不同的气管进行通气。计算机控制系统13通过入水瞬间冲击载荷进行触发，入水时间由计算机13触发开始计算。
36.(3)当空泡收缩将要发生尾拍条件下，尾部的压力传感器19会将信息反馈至计算机控制系统13，打开尾部气体调节阀11，尾部通气孔12通气，调整姿态，避免尾拍的干扰。
37.如图2所示，左侧图中可转动漏斗形管8通过计算机控制系统13控制自由转动的褶皱管道17与气体管道18相连，并通至高压气罐9。褶皱管道17通过计算机控制系统13控制可得到不同位置的通气，具体见图3。所述气体管路18是直管，而管道17则是褶皱管路(吸管褶皱处的形状)，可对漏斗形管8进行方向调节。
38.图3表示可转动漏斗形管8与多孔气流阻断器7的接触图，分三个部分，(1)为入水时刻，用于通气降载时的可转动漏斗形管8与多孔气流阻断器7的接触图，(2)能在通气降载的同时，通过给其中一个整流帽尾端气孔3通气，进而进行四个气孔方向中的任一方向的姿态调整，(3)在通气降载的同时，通过给两个整流帽尾端气孔3通气，通过通气量的不同，实现不同方向上姿态的调整。图3(c)表达漏斗形管8除了通气降载，还沿着通气孔的方向进行通气调整，但是当漏斗形管8对多孔气流阻断器7的覆盖面涉及到2个管路时，就不再是沿着通气孔的方向，两个不同气管的通气面积不同，通气流量也不同，调整的方向也不一样。