一种考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置

本发明涉及航行体水下发射，具体涉及一种考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置。

背景技术：

1、实验研究是航行体水下发射的重要研究手段，单自由度的水下发射实验装置不考虑航行体的横向受力情况，难以体现在横向力作用下攻角对航行体弹道的影响，不能模拟航行体水下运动的真实状态，具有一定的假设性。但是在水下发射的研究领域，复杂的海洋环境具有随机性，航行体在横流和艇速等多因素作用下，呈现带攻角的多自由度运动状态，这个过程是极其不稳定的，对航行体水下运动弹道和姿态的影响不可忽略。

2、为了防止海水倒灌并保证发射筒发射前的密封性，在航行体上方设置有筒口薄膜，实际的水下发射过程，航行体与筒口薄膜之间的气体量被航行体推出筒外形成筒口气团，并在航行体离开发射筒后，部分筒口气团附在航行体底部形成尾空泡随着航行体运动，航行体的轴向受力和轴向运动随着筒口气团的变化而变化。针对筒口气团对航行体弹道的控制、空泡形成、发展与溃灭的影响，结合航行体水弹道研究的实验设计，近年来的研究发现采用聚乙烯pe材质(专利申请号：202110827325.7)进行筒口压力密封，或者采用活塞式筒口密封方式(专利申请号：201911418755.2)，可以在小型缩比实验装置中实现筒口密封并生成筒口气团。

3、以上方法在实验过程中，筒盖对筒口气团有一定的遮挡和扰动，影响筒口气团的流动，并且活塞式密封方式产生筒口气团的方式与实际有一定的差异。实际工作过程中，航行体挤压上方气体形成的高压气体是筒口气团的主要成分。

4、目前进行水下发射实验，对于三自由度航行体带攻角出水试验研究尚不完善，对于研究航行体出水过程中产生的空泡以及对筒口气团的研究也缺乏一定精确性，其中三自由度水下发射装置以及筒口气团的研究结构存在以下难题：(1)三自由度实验装置发射系统在水箱底部，较难更换设备以及安装航行体。(2)三自由度实验装置受横向速度和装置尺度的影响，极短发射时间内难以模拟变攻角对航行体弹道的影响。(3)筒口薄膜材料对筒口气团有所遮挡和扰动，影响筒口气团的发展。(4)筒口气团的充气量不可控制，难以保证具有足够形成筒口气团的气体。(5)横向速度作用下航行体多自由度运动对筒口气团流场扰动的影响。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的筒口气团的充气量不可控制，难以保证具有足够形成筒口气团的气体的问题，从而提供一种考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置，包括：固定架，所述固定架内设有试验水箱和举升装置；运动系统支撑架，设于所述试验水箱内，且所述运动系统支撑架与举升装置连接，所述举升装置带动所述运动系统支撑架做升降运动；横向动力驱动系统，设于所述试验水箱内，且所述横向动力驱动系统与所述运动系统支撑架连接；发射装置，包括发射筒和气罐，发射筒设于所述横向动力驱动系统上，所述横向动力驱动系统带动所述发射筒沿所述横向动力驱动系统的延伸方向做往复运动，所述发射筒内设有航行体，所述航行体与发射筒之间设有三个橡胶适配器；所述气罐通过高压气体发射管与发射筒连接；进气阀，具有三个，一端与所述高压气体发射管连接，另一端分别与三个进气管连接，所述进气管与橡胶适配器连接；测速装置，设于所述横向动力驱动系统上，且靠近所述发射筒设置。

3、进一步地，所述发射筒包括：筒体，设于所述横向动力驱动系统上；筒盖，设于所述筒体上，所述筒盖上设有筒口薄膜；薄膜支架，设于所述筒口薄膜内，且与所述筒盖连接，所述薄膜支架上设有刀片。

4、进一步地，还包括环形连接件，所述薄膜支架设于所述环形连接件上，所述薄膜支架与筒盖连接。

5、进一步地，所述高压气体发射管上设有第一阀体和电磁阀、以及第二阀体。

6、进一步地，所述横向动力驱动系统包括：支撑底板，设于所述试验水箱内，所述支撑底板与运动系统支撑架连接，所述支撑底板上设有光滑轨道；艇速底板，设于所述光滑轨道上，所述气罐和发射筒设于艇速底板上；移动机构，设于所述支撑底板上，所述艇速底板位于所述艇速底板上，所述移动机构与驱动机构连接。

7、进一步地，所述移动机构包括：滚珠丝杠，设于所述支撑底板上；丝杠螺母，套设于所述滚珠丝杠上，所述艇速底板与所述丝杠螺母连接；滑块，具有多个，均设于所述光滑轨道上，且所述滑块与艇速底板连接。

8、进一步地，所述驱动机构包括：驱动件，设于所述运动系统支撑架上，所述驱动件的一端设有传动轴；主动齿轮，设于所述传动轴的一端；从动齿轮，设于所述滚珠丝杠的一端，所述从动齿轮与主动齿轮啮合。

9、进一步地，所述主动齿轮与从动齿轮均为锥齿轮。

10、进一步地，所述举升装置包括：举升架，设于所述固定架内，且位于所述试验水箱的两侧；定滑轮，设于所述固定架的顶部；钢丝绳，一端连接所述固定架，另一端连接举升架和运动系统支撑架。

11、进一步地，所述举升架和固定架、以及运动系统支撑架上均设有连接件块，所述钢丝绳与连接块连接。

12、本发明技术方案，具有如下优点：

13、1.本发明提供的考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置，包括：固定架，所述固定架内设有试验水箱和举升装置；运动系统支撑架，设于所述试验水箱内，且所述运动系统支撑架与举升装置连接，所述举升装置带动所述运动系统支撑架做升降运动；横向动力驱动系统，设于所述试验水箱内，且所述横向动力驱动系统与所述运动系统支撑架连接；发射装置，包括发射筒和气罐，发射筒设于所述横向动力驱动系统上，所述横向动力驱动系统带动所述发射筒沿所述横向动力驱动系统的延伸方向做往复运动，所述发射筒内设有航行体，所述航行体与发射筒之间设有三个橡胶适配器；所述气罐通过高压气体发射管与发射筒连接；进气阀，具有三个，一端与所述高压气体发射管连接，另一端分别与三个进气管连接，所述进气管与橡胶适配器连接；测速装置，设于所述横向动力驱动系统上，且靠近所述发射筒设置。

14、通过在固定架内设置试验水箱和举升装置，即为试验水箱和举升装置提供了安装位置，其中，运动系统支撑架，设于所述试验水箱内，因此，举升装置可以与运动系统支撑架连接，从而带动运动系统支撑架相对试验水箱做升降运动。并且，在试验水箱内设置横向动力驱动系统，该横向动力驱动系统可进行横向运动，从而带动设置在横向动力驱动系统上的发射装置进行横向运动，即带动设于发射筒内的航行体进行横向运动。同时，该发射筒通过高压气体发射管与气罐连接，从而便于将气罐内的高压气体传送至发射筒内，并通过三个进气阀，分别与三个进气管连接，并输送至三个橡胶适配器的空腔内，形成三个可变气体压力区。在试验开始，控制系统按预设代码打开进气阀，高压气体经过进气阀到达发射筒底部，冲击航行体，完成水下发射过程。其中，航行体是在自身受到的发射力和发射筒的横向运动结合作用下会发生偏转。

15、该考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置的发射筒可以通过举升装置，水平移到试验水箱上方，在水面上完成航行体填充和密封工作；并且，发射筒连接三根进气管，可以实现筒口气团、以及橡胶适配器之间的气体量的改变，保证筒口气团的充气量，可以研究不同的筒口气团含气量。同时，可以实现航行体多自由度发射以及筒口气团的多方面研究，对航行体水下发射技术的研究可以取得丰富的结果。

16、该考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置的摄像及照明系统放置在试验水箱外面，不需要进行密封处理，操作方便，实验效率高，容易获得清晰的图像信息，观测与图象记录方便等特点。

17、该考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置，利用压缩的高压气体作为动力源，不仅可以通过调节气罐内压力改变航行体出筒速度，并且与其它装置相比，筒口气团的充气量可根据实际情况进行控制，可形成筒口气团的气体，具有安全性与可靠性高，成本低，效率高等优点。

18、2.本发明提供的考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置，所述驱动机构包括：驱动件，设于所述运动系统支撑架上，所述驱动件的一端设有传动轴；主动齿轮，设于所述传动轴的一端；从动齿轮，设于所述滚珠丝杠的一端，所述从动齿轮与主动齿轮啮合。通过驱动件与传动轴连接，即为传动轴的转动提供提供了动力来源，同时，该传动轴的一端设有主动齿轮，该主动齿轮与滚珠丝杠上的从动齿轮进行啮合，即可通过驱动件带动传动轴转动，进而带动主动齿轮和从动齿轮转动，使得滚珠丝杠转动，进而带动与滚珠丝杠配合的丝杠螺母转动，使得艇速底板沿着滚珠丝杠的延伸方向进行移动，即带动的发射装置的横向移动。

19、3.本发明提供的考虑筒口气团的三自由度带攻角弹射出水实验装置，所述举升架和固定架、以及运动系统支撑架上均设有连接块，所述钢丝绳与连接块连接。即可通过连接块实现钢丝绳与举升架和固定架、以及运动系统支撑架的连接。

20、提供
技术实现要素：
部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。