一种超空泡生成及控制装置的制作方法
本发明属于水下自主航行器的流体力学及控制领域，具体涉及一种超空泡生成及控制装置。
背景技术：
超空泡航行体是一种借助在水下航行体周围形成完整气泡层从而实现隔绝航行体表面和流体接触，达到减小航行体所受流体阻力并实现加速目的的水下航行体。
无论是对于有人操纵的还是无人操纵的水下航行体，实现高速航行一直是它追求的目标。即使是最快的常规的水下航行体，它的速度也被限制在40m/s左右。这种限制的原因是由于航行体表面产生的摩擦力阻力引起的。当一个物体在流体中运动时，水流层会紧粘着物体的表面并向其运动的反方向拖拽它。这种相互作用导致在物体上产生了很大的阻力，且通常把这种阻力称为表面摩擦阻力。近年来，在提高水下航行体的速度方面人们已经做了广泛的研究。但是大多数的研究主要集中在精简机构和改善航行体的推进系统。这些方法虽然已被证明，能够提高速度，但是其摩擦阻力并没有大大减少。水下航行体超空泡的发生不仅与流体的汽化压力有关，还与液体中气核的大小和数量有直接关系。流场条件和运动体几何形状(运动体的头部形状——空化器)等的不同，使空泡呈现出不同的形状。近年来人们对于超空泡现象的研究取得了一定的成果，但是相对于理论和数值模拟方面，通过实验手段取得的研究成果相对较少，数据还不充分。
技术实现要素：
为了克服已有技术缺少水下高速航行体的减阻试验研究测试的不足，本发明提供了一种能够提供对高速行驶的水下航行体在不同空泡化的情形下超空泡生成及溃灭的超空泡生成及控制装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超空泡生成及控制装置，包括发射装置、水箱、空泡生成器和水路循环装置，所述空泡生成器包括射流喷管和玻璃板，射流喷管的出口与玻璃板之间设有间隙，所述间隙为空泡水流出口；所述发射装置包括高压气瓶、气压表、高压气缸和发射管，所述高压气瓶的出口通过气管与高压气缸的入口连接，所述高压气缸上设置气压表，所述高压气缸的出口与发射管连接，航行体模型位于发射管中；所述水路循环装置包括离心泵、直管和弯管，所述直管与弯管连接，两根弯管之间设置离心泵，其中一根直管与水箱的连接处设置所述空泡生成器。
进一步，所述高压气缸与发射管之间、发射管与水箱之间通过法兰联接和螺纹联接。
再进一步，所述直管与弯管之间通过法兰和螺纹联接。
所述水箱与另一根直管通过焊接联接。
所述水箱的正面设置水洞视镜。
驱动航行体模型在发射管中加速，并使模型在发射管出口处获得足够的初始速度射入水箱中；所述的初始速度通过改变高压气缸的初始气室压强来实现模型的所需值，所述的初始速度应满足：
其中，v为模型射入水中的初始速度；ρ为模型密度；
本发明的有益效果主要表现在：弥补了目前缺少的水下高速航行体的减阻试验研究测试；能够提供一种对高速行驶的水下航行体在不同空泡化的情形下超空泡生成及溃灭的测试平台。
附图说明
图1是空泡生成器的示意图。
图2是发射装置和水箱的示意图。
图3是超空泡生成及控制装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种超空泡生成及控制装置，包括发射装置15、水箱8、空泡生成器14和水路循环装置13，
所述空泡生成器14的结构如图1，结构包括射流喷管2和玻璃板1，利用射流撞击玻璃板1从而产生空泡。
所述发射装置15的结构如图2，其主要结构包括高压气瓶3、气压表4、高压气缸5和发射管6，所述的高压气瓶3是直接用压缩状态下的气体作为动力源，所述高压气瓶3的出口通过气管与高压气缸5的入口连接，所述高压气缸5上设置气压表4，所述高压气缸5的出口与发射管6连接，驱动航行体模型7在发射管6中加速，并使模型在发射管6出口处获得足够的初始速度，射入水箱中。
所述高压气缸5与发射管6之间、发射管6与水箱8之间通过法兰联接和螺纹联接
所述的初始速度可以通过改变高压气缸的初始气室压强来方便实现模型的所需值，所述的初始速度应满足：
其中，v为模型射入水中的初始速度；ρ为模型密度；
所述水路循环装置结构如图3所示，包括离心泵12、直管10和弯管11，所述直管10与弯管11连接，两根弯管11之间设置离心泵12，其中一根直管与水箱8的连接处设置所述空泡生成器14。通过离心泵12不仅使得水箱8中的水得以循环利用，而且将所述空泡生成器14产生的空泡流入到整个循环系统中，改变整个水箱8中空化数。并通过改变水流的流量q和间距h来控制气泡的大小。所述的空泡生成系统将生成空泡导入进水箱8中，使水箱8中的水具有一定的气泡数。
所述直管10与弯管11之间通过法兰和螺纹联接。
所述水箱8与另一根直管通过焊接联接。
所述水箱8的正面设置水洞视镜9，采用高速摄影技术，观察航行体周围气泡的产生情况，研究航行体在不同气化情况下超空泡的生成情况。
本实施例的方案弥补了目前缺少的水下高速航行体的减阻试验研究测试。本发明的装置能够提供一种对高速行驶的水下航行体在不同空泡化的情形下超空泡生成及溃灭的测试平台。为研究超空泡减阻技术和水下运动物体的工作效率以及后续的实验台设计、仿真和仿真实验提供实验基础。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。
技术特征：
技术总结
一种超空泡生成及控制装置，包括发射装置、水箱、空泡生成器和水路循环装置，所述空泡生成器包括射流喷管和玻璃板，射流喷管的出口与玻璃板之间设有间隙，所述间隙为空泡水流出口；所述发射装置包括高压气瓶、气压表、高压气缸和发射管，所述高压气瓶的出口通过气管与高压气缸的入口连接，所述高压气缸上设置气压表，所述高压气缸的出口与发射管连接，航行体模型位于发射管中；所述水路循环装置包括离心泵、直管和弯管，所述直管与弯管连接，两根弯管之间设置离心泵，其中一根直管与水箱的连接处设置所述空泡生成器。本发明能够提供对高速行驶的水下航行体在不同空泡化的情形下超空泡生成及溃灭的超空泡生成及控制装置。
技术研发人员：周佩剑;颜朝寿;李亚飞;蒋豪杰;郑水华;牟介刚
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2019.03.15
技术公布日：2019.06.21
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