自隐气泡帷幕防护系统和潜航器的制作方法

1.本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种自隐气泡帷幕防护系统和潜航器。


背景技术：

2.气泡帷幕技术以其优良的防护能力已应用于水下爆破防护等实际工程。气泡帷幕技术通过在保护体周围生成气泡隔离带，能大幅度削减水下各类冲击波的影响，起到对保护体进行防护的作用。
3.在船舶技术领域，研究人员考虑将气泡帷幕技术应用在潜航器，通过在潜航器上设置气泡生成系统产生气泡帷幕。但目前在潜航器上使用气泡帷幕防护技术还存在大量工程问题。比如，存在次生暴露和尾流加重等，当本体受到外部侦查和攻击时容易使之暴露，因而不利于应用于深海潜航器。


技术实现要素：

4.本发明提供一种自隐气泡帷幕防护系统和潜航器，用以解决现有技术中气泡帷幕防护技术应用于潜航器存在次生暴露和尾流加重的问题。
5.本发明提供一种自隐气泡帷幕防护系统，包括：供汽装置、抽真空装置和多个喷嘴，所述供汽装置与多个所述喷嘴汽路连接，多个所述喷嘴用于设置于保护体上并向所述保护体的外部喷射气泡，所述抽真空装置用于与所述保护体上的进水口相连通，以使所述进水口处能够相对于所述保护体的外部形成负压。
6.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述自隐气泡帷幕防护系统还包括储水装置，所述储水装置的进水口用于与所述保护体的进水口相连通，所述抽真空装置的空气入口与所述储水装置的空气出口相连通。
7.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述储水装置设有第一出水口，所述第一出水口用于与蒸汽动力系统中的蒸汽发生装置的入水口相连通。
8.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述储水装置设有第一出水口，所述第一出水口用于与蒸汽动力系统中的蒸汽发生装置的入水口相连通，以使所述储水装置内的水能够进入所述蒸汽发生装置。
9.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述蒸汽发生装置的入水口连接有主冷凝器的凝水出口，所述第一出水口通过所述主冷凝器与所述蒸汽发生装置的入水口相连通，使所述储水装置内的水能够进入所述主冷凝器并与所述主冷凝器内的凝水混合。
10.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述供汽装置包括储气装置和/或与蒸汽动力系统相连的供汽管道。
11.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述自隐气泡帷幕防护系统还包括增压装置，所述增压装置设置于所述供汽装置与所述喷嘴之间的连接汽路上，用于为所述供汽装置输出的蒸汽增压。
12.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述自隐气泡帷幕防护系统还包
括第一循环泵，所述储水装置和所述第一循环泵相连形成第一换热回路，所述第一换热回路经过所述增压装置，用于为所述增压装置降温。
13.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，还包括自流冷却通道，所述自流冷却通道用于连通所述保护体上的自流水入口和自流水出口，所述自流冷却通道经过所述增压装置，用于为所述增压装置降温。
14.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述自隐气泡帷幕防护系统还包括减温装置，所述减温装置设置于所述供汽装置与所述喷嘴之间的连接汽路上，用于为所述供汽装置输出的蒸汽降温。
15.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述自隐气泡帷幕防护系统还包括第二循环泵，所述储水装置和所述第二循环泵相连形成第二换热回路，所述第二换热回路经过所述减温装置，用于为所述减温装置降温。
16.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，所述自隐气泡帷幕防护系统还包括水质处理模块，所述水质处理模块用于设置在所述保护体的进水口与所述储水装置的进水口之间。
17.根据本发明提供的一种自隐气泡帷幕防护系统，多个所述喷嘴沿所述保护体的轴向和周向间隔分布。
18.本发明还提供一种潜航器，包括潜航器本体和上述任一种自隐气泡帷幕防护系统，所述潜航器本体为所述保护体。
19.根据本发明提供的一种潜航器，所述保护体的进水口设置于所述潜航器本体的尾部。
20.本发明提供的自隐气泡帷幕防护系统和潜航器，通过在保护体上设置供汽装置和多个喷嘴形成气泡帷幕。同时通过在保护体上设置抽真空装置，利用抽真空装置在保护体的进水口处形成负压，使保护体外部的气泡能够在负压作用下向保护体的进水口流动，并回收到保护体内，以实现对气泡的回收自隐。当该自隐气泡帷幕防护系统应用于潜航器时，该防护系统不仅可在潜航器受到鱼雷等外部武器攻击时提供汽泡帷幕以吸收冲击波；还能够减轻潜航器本体的次生暴露和尾流加重问题，提高潜航器的隐蔽性，减少其受到海生物及其他因素的攻击破坏，提高其生存能力。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明提供的自隐气泡帷幕防护系统的结构示意图；
23.图2是本发明提供的自隐气泡帷幕防护系统中喷嘴的布设示意图；
24.附图标记：
25.100、保护体；
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110、进水口；
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11、供汽装置；
26.12、喷嘴；
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13、增压装置；
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14、减温装置；
27.21、储水装置；
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22、抽真空装置；
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31、第一循环泵；
28.32、第二循环泵；
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41、自流冷却通道；
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42、增压泵；
29.5、水质处理模块；
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6、主冷凝器。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”“第三”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。此外，“多个”的含义是两个或两个以上。说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.下面结合图1至图2描述本发明的自隐气泡帷幕防护系统和潜航器。
34.如图1所示，本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统包括供汽装置11、抽真空装置22和多个喷嘴12。供汽装置11和多个喷嘴12设置于保护体100，供汽装置11与多个喷嘴12汽路连接。多个喷嘴12用于设置于保护体100上并向保护体100的外部喷射气泡。抽真空装置22用于与保护体100上的进水口110相连通，以使进水口110处能够相对于保护体100的外部形成负压。
35.其中，保护体100是本发明提供的自隐气泡帷幕防护系统所要保护的本体，如潜航器本体。供汽装置11包括储气装置和/或与蒸汽动力系统相连的供汽管道。即供汽装置11为保护体100内置的独立储气装置，储气装置内存储有高压蒸汽或高压气体。或者，供汽装置11为与蒸汽动力系统相连的供汽管道，使蒸汽发生装置输出的蒸汽一部分供应给汽轮机，用以产生蒸汽动力；另一部分供应给多个喷嘴12，用以产生气泡帷幕。当然，供汽装置11可以同时包括储气装置和与蒸汽动力系统相连的供汽管道。
36.当需要生成气泡帷幕时，开启储气装置，和/或开启蒸汽发生装置与喷嘴12之间的阀门。储气装置内的高压气体或蒸汽，和/或蒸汽发生装置内的蒸汽从多个喷嘴12喷出形成气泡帷幕。
37.抽真空装置22与保护体100上的进水口相连通，在气泡帷幕生成过程中，开启抽真空装置22。在抽真空装置22的作用下，抽真空装置22与保护体100的进水口之间会形成负压区。保护体100的进水口处的压力低于保护体100外部的压力，在保护体100内部的低压和外部高压的作用下，保护体100外部的水从保护体100的进水口110进入保护体100内。在水向进水口110流动的过程中，从多个喷嘴12排出的气泡一同流向保护体100的进水口110，从而能够及时将气泡回收到保护体100内，实现气泡的自动隐藏。
38.本发明提供的自隐气泡帷幕防护系统，通过在保护体100上设置供汽装置11和多
个喷嘴12形成气泡帷幕。同时通过在保护体100上设置抽真空装置22，利用抽真空装置22在保护体100的进水口处形成负压，使保护体100外部的气泡能够在负压作用下向保护体100的进水口流动，并回收到保护体100内，以实现对气泡的回收自隐。
39.当该自隐气泡帷幕防护系统应用于潜航器时，即保护体100为潜航器本体，该防护系统不仅可在潜航器受到鱼雷等外部武器攻击时提供汽泡帷幕以吸收冲击波；还能够减轻潜航器本体的次生暴露和尾流加重问题，提高潜航器的隐蔽性，减少其受到海生物及其他因素的攻击破坏，提高其生存能力。相比于采用化学方法消除气泡，如采用循环反应的o2和no，通过控制不同成分配比，理论上能完全消耗排出的气体，但会引入次生成分，对潜航器运行引入不确定因素。本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统采用物理方式，无次生成分产生，能够更加安全有效的实现气泡自隐。
40.本发明实施例中，每一喷嘴12的进气管上设置有调节阀，用于根据实际运行需求开、关或者调控喷嘴12的出汽量，以实现多功能、多类型的气泡帷幕。
41.其中，多个喷嘴12沿保护体100的轴向和周向间隔分布。可选地，沿保护体100的轴向和周向上的多个喷嘴12等间距分布。具体地，沿保护体100的周向分布有m列喷嘴12，m列喷嘴12沿保护体100的周向间隔排布。作为一具体示例，如图2所示，沿保护体100的周向均匀分布有6列喷嘴12，每一列包括沿保护体100轴向均匀分布的7个喷嘴，共42个喷嘴。
42.将本发明提供的自隐气泡帷幕防护系统应用于潜航器，当潜航器受到鱼雷爆炸冲击波影响时，所有喷嘴12同时工作生成全身屏蔽气泡帷幕。当潜航器紧急躲避一方冰山重击时，开启与冰山相近侧喷嘴12，并集中供汽装置11极限喷射，通过喷射反作用力快速调整姿态和航行方向，规避风险。当潜航器上浮返航时，开启潜航器本体的浸没于水面以下的喷嘴12，减小潜航器本体与海水的直接接触已达到减阻的效果，提升机动性。当潜航器执行静默任务时，开启喷嘴12形成隔振帷幕，进一步减弱内部机械振动噪声对外的传播。
43.本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统还包括储水装置21。储水装置21的进水口用于与保护体100的进水口相连通，抽真空装置22的空气入口与储水装置21的空气出口相连通。
44.抽真空装置22可以为真空泵。抽真空装置22的空气入口与储水装置21的空气出口相连通，以抽取储水装置21内的空气，用于保持储水装置21内的真空度。其中，储水装置21与进水口110之间设置有阀门。气泡帷幕生成过程中，抽真空装置22和该阀门处于开启状态，储水装置21内形成负压区。从保护体100的进水口110进入保护体100的水和气泡均回收到储水装置21内。
45.本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统还包括水质处理模块5。水质处理模块5用于设置在保护体100的进水口110与储水装置21的进水口之间。水质处理模块5包括过滤器，用于过滤海水中的杂物或海生物。进一步地，进水口110处还设有导流栅元。
46.本发明实施例中，储水装置21设有第一出水口，该第一出水口用于与蒸汽动力系统中的蒸汽发生装置的入水口相连通，以使储水装置21内的水能够进入蒸汽发生装置。
47.其中，蒸汽动力系统包括蒸汽发生装置、汽轮机、主冷凝器和循环泵。蒸汽发生装置产生的蒸汽通过管路输送到汽轮机以供汽轮机做功。汽轮机与主冷凝器的蒸汽入口相连，主冷凝器的凝水出口与蒸汽发生装置的进水口相连，使汽轮机排出的乏汽进入到主冷凝器内进行冷凝后，回流到蒸汽发生装置。
48.本发明实施例通过将储水装置21的第一出水口与蒸汽发生装置相连，使蒸汽发生装置产生的蒸汽一部分用于供汽轮机做功，另一部分用于生成气泡帷幕。储水装置21与蒸汽发生装置的连通管路上设置有循环泵，可通过该循环泵将储水装置21内的水打回到蒸汽发生装置内，用于给蒸汽动力系统补充因生成气泡帷幕而损失的蒸汽。
49.进一步地，储水装置21的第一出水口通过该主冷凝器与蒸汽发生装置的入水口相连通，使储水装置21内的水能够进入主冷凝器并与主冷凝器内的凝水混合。
50.具体地，蒸汽发生装置与主冷凝器的连通管路上设置有循环泵。主冷凝器上设有进水口，储水装置21的第一出水口与主冷凝器的进水口相连通。在蒸汽发生装置与主冷凝器之间的循环泵的作用下，储水装置21内的水能够进入到主冷凝器内，并与主冷凝器内的凝水混合，然后从主冷凝器的凝水出口回流到蒸汽发生装置内。
51.本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统还包括增压装置13。增压装置13设置于供汽装置11与喷嘴12之间的连接汽路上，用于为供汽装置11输出的蒸汽增压。其中，增压装置13可以为压缩机。通过增压装置13调节供汽装置11输出的汽体压力，使汽体压力达到适合各类气泡喷射工况需求的压力后从多个喷嘴12排出。
52.可选地，增压装置13的数量为多个，每一增压装置13连接多个喷嘴12。作为一具体示例，如图1所示，多个喷嘴12相对于保护体100的中轴线对称分布于保护体100的两侧，增压装置13的数量为两个，来自供汽装置11的汽体分别通过两个增压装置13为两侧的喷嘴12提供汽体。相应地，保护体100上的进水口110的数量也为多个，多个进水口110对称分布于保护体100的两侧，以分别用于回收保护体100两侧的气泡。
53.进一步地，本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统还包括第一循环泵31。储水装置21和第一循环泵31相连形成第一换热回路，第一换热回路经过所述增压装置，用于为增压装置13降温。
54.具体地，储水装置21设有第二出水口和第二回水口，第一循环泵31分别与第二出水口和第二回水口相连形成第一换热回路。储水装置21中的储水在第一循环泵31的作用下在第一换热回路中循环流动。在增压装置13工作过程中，增压装置13会产生热量，此时会与经过增压装置13的储水进行热交换，从而实现对增压装置13的降温。
55.可选地，第一换热回路上设有第一换热装置，储水装置21设置于该第一换热装置内。第一换热回路中的水流经该第一换热装置时与增压装置13进行热交换后回流到储水装置21内。
56.储水装置21内的水经第一换热回路加热后，再从第一出水口输出到蒸汽发生装置，实现对增压装置13所产生热量的回收利用，提高了能量的利用率。本发明实施例对蒸汽动力系统和自隐气泡帷幕防护系统的兼容性设计，使系统间的协同运行，构建了潜航器内部系统工质能量转换的运行模式，提高蒸汽使用效率，节约了该防护系统运行成本，使之更容易满足实际运行需求。
57.本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统还包括自流冷却通道41。自流冷却通道41用于连通保护体100上的自流水入口和自流水出口。自流冷却通道41经过所述增压装置，用于为增压装置13降温。
58.可选地，自流冷却通道41上设有第二换热装置，增压装置13设置于该第二换热装置内。自流冷却通道41内的水流经该第二换热装置时与增压装置13进行热交换。
59.其中，增压装置13是该自隐气泡帷幕防护系统的主要释热源。在潜航器航行过程中，利用其自身航速将外部海水从自流水入口引入自流冷却通道41，并与增压装置13完成换热后从自流水出口排出保护体100，从而保证增压装置13的充分冷却。本发明实施例可同时利用第一换热回路和自流冷却通道41实现对增压装置13的充分冷却，保证增压装置13工作的可靠性。
60.可选地，自流冷却通道41上有调节阀，通过调节阀调节自流冷却通道41内的流量，以满足不同工况增压装置13的冷却需求。
61.可选地，自流冷却通道41上设置有增压泵42，在潜航器静止状态下，可通过增压泵42将外部海水吸入自流冷却通道41，对增压装置13实施降温。
62.本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统还包括减温装置14，减温装置14设置于供汽装置11与喷嘴12之间的连接汽路上，用于为供汽装置11输出的蒸汽降温。供汽装置11输出的汽体由减温装置14调节温度后输出到喷嘴12，使喷嘴12能够输出与潜航器外部海水温度一致的气泡，减少潜航器被红外线侦查暴露的风险。
63.在具有增压装置13的实施例中，减温装置14可设置于供汽装置11与增压装置13之间的连接汽路上；或者，减温装置14可设置于增压装置13与喷嘴12之间的连接汽路上。通过增压装置13与减温装置14的协同作用，使喷嘴12喷射出来的汽体能够达到需求的压力的同时，保证其温度与外部海水温度一致，提高了潜航器的安全性。
64.作为以具体实施例，如图1所示，减温装置14的数量为一个，增压装置13的数量为两个。减温装置14的进汽口与供汽装置11的出汽口相连，减温装置14的出气口分别与两个增压装置13相连。汽体经减温装置14调节温度后，分别沿两条之路进入两个增压装置13进行加压。可选地，减温装置14与供汽装置11的连接汽路上设置有调节阀，用以调节进入减温装置14内的汽体流量。
65.进一步地，本发明实施例提供的自隐气泡帷幕防护系统还包括第二循环泵32，储水装置21和第二循环泵32相连形成第二换热回路。，第二换热回路经过所述减温装置14，用于为减温装置14降温。
66.具体地，储水装置21设有第三出水口和第三回水口，第一循环泵31分别与第三出水口和第三回水口相连形成第二换热回路。储水装置21中的储水在第二循环泵32的作用下在第二换热回路中循环流动。在减温装置14工作过程中，减温装置14会产生热量，此时会与经过减温装置14的储水进行热交换，从而实现对减温装置14的降温。
67.可选地，第二换热回路上设有第三换热装置，减温装置14设置于该第三换热装置内。第二换热回路中的水流经该第三换热装置时与减温装置14进行热交换后回流到储水装置21内。
68.储水装置21内的水经第二换热回路加热后，再从第一出水口输出到蒸汽发生装置，实现对减温装置14所产生热量的回收利用，提高了能量的利用率。本发明实施例对蒸汽动力系统和自隐气泡帷幕防护系统的兼容性设计，使系统间的协同运行，构建了潜航器内部系统工质能量转换的运行模式，提高蒸汽使用效率，节约了该防护系统运行成本，使之更容易满足实际运行需求。
69.在本发明一些实施例中，每一增压装置13及每一减温装置14均设置于储水装置21所在的单独的换热回路上，以提高每一增压装置13和每一减温装置14的换热效率。例如，如
图1所示，减温装置14的数量为一个，增压装置13的数量为两个。储水装置21上设置有三组进水口和出水口，每组进水口和出水口与一循环泵相连，形成三个换热回路，一个减温装置14和两个增压装置13分别对应设置于三个换热回路上。
70.在本发明另一些实施例中，至少一个增压装置13和至少一个减温装置14设置于储水装置21所在的同一换热回路上。例如，第一循环泵31和第二循环泵32为同一个循环泵，第二出水口和第三出水口为同一个出水口，第二回水口和第三回水口为同一个回水口，即第一换热回路和第二换热回路是同一个换热回路。该换热回路上设置有多个换热装置，增压装置13和减温装置14分别对应设置于一换热装置内。即增压装置13和减温装置14通过同一换热回路进行降温，如此可减小系统的管路布置。
71.本发明实施例中，储水装置21的储水吸收增压装置13和/或减温装置14的热量后可暂存于储水装置21内，然后选择当潜航器行驶到合适区域再进行排除，降低潜航器被侦查到的风险。
72.本发明实施例中，储水装置21内的储水经增压装置13和/或减温装置14再加热后，可输出到主冷凝器6，以与主冷凝器6内的凝水混合后回流到蒸汽发生装置，实现增压装置13和/或减温装置14的热量进行回收利用。
73.本发明实施例通过抽真空装置22在保护体100的进水口110处形成回收气泡的负压区，实现了对气泡帷幕的物理消除，达到气泡帷幕自隐效果，解决气泡帷幕存在的次生暴露和尾流加重问题，使气泡帷幕技术更适用于深海潜航器。又通过对供汽装置11、增压装置13、减温装置14、储水装置21、蒸汽动力系统的蒸汽发生装置和主冷凝器6进行系统设备协同运行设计，构建了潜航器内部系统工质能量转换的运行模式，提高了蒸汽使用效率，节约了气泡帷幕防护系统的运行成本，使之更容易满足实际运行需求。
74.本发明还提供一种潜航器，该潜航器包括潜航器本体以及上述任一实施例所述的自隐气泡帷幕防护系统。潜航器本体为上述实施例中所述的保护体100。
75.其中，保护体100的进水口110设置于潜航器本体的尾部。潜航器本体的尾部位于其行驶方向的一端。在潜航器航行过程中，气泡自然向潜航器尾部移动。如此，能够更有效的通过负压区实现气泡的自隐，减少尾流。
76.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。