一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置的制作方法

本发明涉及一种潜射导弹水下发射技术领域，特别是一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置。

背景技术：

由于潜射导弹从出筒到出水期间的水动力和气动力现象十分复杂，呈现出高动压、非定常、多相流和强非线性等特点。受到海流海况等多种因素影响，潜射导弹的水中弹道较难保持稳定，目前的工程方法是采用空化外型来约束潜射导弹水下弹道和姿态。

空泡现象是围绕水下高速航行体产生的一种特有的、具有强烈非定常、非线性和随机性的复杂物理现象。当航行体在水下高速运动时，其表面附近的液体压力将会减小，某些部位的水静压会因绕流作用进一步降低。当这些部位的水静压低于饱和蒸汽压时，液体分子溢出液体表面而成为气体分子，同时水体内部原有的很小气泡也将迅速膨胀，在水中形成含有水蒸汽和其它气体的明显气泡，使流场局部呈现气－汽－液三相流动，这就标志着流场中发生了空泡(化)现象。潜射导弹穿越水面时，这种由于介质密度骤然变化导致的空泡溃灭现象将引起很大的动载荷，甚至可能使弹体在出水后折断。

为了保障潜射导弹安全出水，采用抑制空化头型，但是这给潜射导弹水下航行姿态稳定性带来困难，均压排气水下发射是一种替代方案，但是均压排气参数的确定有很大难度，通常会带来海水对排气孔的倒灌等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，提供了一种既可以回避跨越水气界面空泡溃灭带来冲击载荷，同时调节尾部舵偏角来控制出水姿态的水动力布局方案。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，包括航行体头部、航行体柱体和尾部控制舵面；其中，航行体柱体为细长圆柱体结构，航行体头部固定安装在航行体柱体的顶部；尾部控制舵面垂直于航行体柱体的轴线方向，固定安装在航行体柱体的底部。

在上述的一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，所述航行体柱体长为3-14m；直径为0.25-2m。

在上述的一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，所述航行体头部为平头圆弧台状结构；航行体头部顶部和底部均为圆形水平台，顶部为小径水平台，底部为大径水平台；顶部小径水平台水平同轴位于底部大径水平台的上部；底部大径水平台与航行体柱体的一端同轴固定连接。

在上述的一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，所述航行体头部的顶部小径水平台的半径为航行体柱体半径的0.1-0.6倍。

在上※述的一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，所述航行体头部顶部小径水平台和底部大径水平台外边缘通过光滑曲线连接，曲线的跨度，即顶部小径水平台边缘与底部大径水平台边缘的水平间距小于0.1倍航行体总长度。

在上述的一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，所述航行体包括两个尾部控制舵面；两个尾部控制舵面对称安装在航行体柱体的两侧；且两个尾部控制舵面位于航行体柱体的径向直径的两端。

在上述的一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，所述尾部控制舵面固定安装在距离航行体柱体底面0.05-0.1倍航行体总长的位置。

在上述的一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，所述尾部控制舵面为长方体结构，长度L1为1-3倍的航行体柱体半径；宽度L2为0.6-1.5倍航行体柱体半径；高度L3为0.05-0.1倍航行体柱体半径；尾部控制舵面与航行体柱体舵面通过舵轴连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了抑制空化头型，避免了主动空泡头型航行体在跨越水气界面时空泡溃灭而产生的冲击载荷，保证了航行体的结构安全；

(2)本发明在航行体尾部安装控制舵面，通过调节舵面角度，控制航行体的水动位置力与力矩，调节水中姿态，避免采用均压排气方式导致的海水倒灌问题；

(3)本发明水动力布局简单，只需要在尾部安置舵面，对发射参数依赖度低，降低发射难度。

附图说明

图1为本发明航行体水动布局外形示意图；

图2为本发明航行体水动布局俯视图；

图3为本发明空化数0.1航行体母线压力系数；

图4为本发明航行体尾部安置舵面与不安装舵面出水俯仰角的差异图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

从水下垂直发射航行体抑制空化头型设计方法出发，构建兼容抑制空化与出水姿态控制的水动力布局，得到了一种在较低空化数条件下才产生空泡的头型，同时在航行体尾部布置舵面来调节水下航行位置力。本发明提供了一种既可以回避跨越水气界面空泡溃灭带来冲击载荷，同时调节尾部舵偏角来控制出水姿态的水动力布局方案。

本发明从初生空化数的影响因素出发，设计初生空化数较小的头部型线，在尾部安装舵面控制航行体的水动力及力矩调整航行姿态，力图得到兼顾跨水气界面低载荷与较小出水俯仰角的水动布局航行体。

本发明的技术解决方案是：

根据初生空化数的影响因素，设计出平头流线形头部外形，根据数值计算手段得到初生空化数，反过来验证形线的有效性。在设计完头部外形后，在航行体尾端安置两个舵，呈对称安装，根据航行姿态调节舵偏角度，根据数值计算手段计算航行体位置力与力矩，并得到弹道数据，判断出水俯仰角度。

如图1所示为航行体水动布局外形示意图，由图可知，一种抑制空化及控制出水姿态的航行体装置，其特征在于：包括航行体头部1、航行体柱体2和尾部控制舵面3；其中，航行体柱体2为细长圆柱体结构，航行体柱体2长为3-14m，直径为0.25-2m；航行体头部1固定安装在航行体柱体2的顶部，航行体头部1为平头圆弧台状结构；航行体头部1顶部和底部均为圆形水平台，顶部为小径水平台，航行体头部1的顶部小径水平台的半径为航行体柱体2半径的0.1-0.6倍；底部为大径水平台；顶部小径水平台水平同轴位于底部大径水平台的上部；底部大径水平台与航行体柱体2的一端同轴固定连接；尾部控制舵面3垂直于航行体柱体2的轴线方向，固定安装在航行体柱体2的底部。

航行体头部1顶部小径水平台和底部大径水平台外边缘通过光滑曲线连接，曲线的跨度，即顶部小径水平台边缘与底部大径水平台边缘的水平间距小于0.1倍航行体总长度。

航行体共包括两个尾部控制舵面3；两个尾部控制舵面3对称安装在航行体柱体2的两侧；且两个尾部控制舵面3位于航行体柱体2的径向直径的两端，两个尾部控制舵面3固定安装在距离航行体柱体2底面0.05-0.1倍航行体总长的位置；尾部控制舵面3为长方体结构，长度L1为1-3倍的航行体柱体2半径；宽度L2为0.6-1.5倍航行体柱体2半径；高度L3为0.05-0.1倍航行体柱体2半径；尾部控制舵面3与航行体柱体2舵面通过舵轴连接。

图3所示为该布局在空化数0.1条件下的压力系数分布，可以看出流线型头型空化区非常小。图4所示case1为不添加舵面航行体出水俯仰角随时间历程变化，case2为与添加舵面航行体出水俯仰角随时间历程变化。可以看出航行体尾部添加舵面后在1.2s完全出水时俯仰角约为case1的1/3。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。