本发明涉及公务船水炮系统设计，具体涉及基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统。
背景技术
水炮系统作为公务执法船水面对抗系统的主要配置，射程及流量在冲突对抗过程中起着决定性作用。以国内7xx、8xx公务执法船为例，该公务执法船水炮射程为150m，流量为1500m3/h。目前国内公务执法船水炮系统对抗能力与发达国家相比尚不占优势。
受总体布置空间及设备性能限制，国内公务执法船水炮系统水炮射程及流量想在现有基础上继续增加已很困难。水炮系统的射程及流量是公务船执法对抗中取得优势的关键，迫切需要通过某种技术在现有水炮系统上进一步提高打击力。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，增强水炮短时间内打击力。
为解决上述问题，本发明提供一种基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，包括减阻剂和减阻剂注入系统；所述减阻剂注入系统与公务船水炮系统管路连接；所述减阻剂注入系统包括带搅拌器的储罐和柱塞泵，所述减阻剂预先注入所述带搅拌器的储罐内；所述带搅拌器的储罐通过阀门与全船冷却海水系统连接；所述带搅拌器的储罐通过阀门与所述柱塞泵连接；在所述带搅拌器的储罐内形成的减阻剂海水溶液由所述柱塞泵输送至公务船水炮系统管路。
上述基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，其中，所述减阻剂采用粘弹性流体表面活性剂。
上述基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，其中，所述减阻剂为ctac/nasal溶液。
上述基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，其中，所述减阻剂注入系统为一个以上，且至少有一个减阻剂注入系统加在公务船水炮系统管路中主泵后。
上述基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，其中，对于含分支的水炮系统管路，在水炮系统管路的分支处加装一个减阻剂注入系统。
上述基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，其中，所述减阻剂注入系统包括两个所述带搅拌器的储罐，各带搅拌器的储罐分别通过阀门与全船冷却海水系统连接，各带搅拌器的储罐分别通过阀门与所述柱塞泵连接。
上述基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，其中，所述减阻剂注入系统采用两个储罐轮流生成、轮流注入的方式实现减阻剂注入。
上述基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，其中，公务船水炮系统管路管壁处，减阻剂含量为1500～2000ppm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，基于表面活性剂对于粘弹性流体流动过程的减阻效应，采用合适的减阻剂及合理的注入系统，充分地降低水炮海水从通海阀箱至水炮喷口过程的湍流流动阻力，同时，降低水流飞行过程中与空气的摩擦阻力，从而短时提高水炮射程与流量，实现水炮系统“兴奋剂”强化。
附图说明
图1是粘弹性流体表面活性剂(ctac/nasal溶液)微尺度结构图。
图2是粘弹性流体表面活性剂圆管海水湍流减阻试验数据图。
图3是不同浓度ctac/nasal溶液在不同流量下的直管段减阻效果(沿程阻力)图。
图4是实验所测不同规格90°弯头加减阻剂前后静压压力损失(局部阻力)图。
图5是实验所测不同规格和类型的变径管加减阻剂前后静压压力损失(局部阻力)图。
图6是7xx公务执法船现有水炮系统垂直射高及水平射程的示意图。
图7是添加减阻剂后水炮系统管路节点水头图。
图8是本发明较佳实施例的基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统的原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统包括减阻剂和减阻剂注入系统；所述减阻剂注入系统与公务船水炮系统管路连接；所述减阻剂注入系统包括带搅拌器的储罐和柱塞泵，所述减阻剂预先注入所述带搅拌器的储罐内；所述带搅拌器的储罐通过阀门与全船冷却海水系统连接；所述带搅拌器的储罐通过阀门与所述柱塞泵连接；在所述带搅拌器的储罐内形成的减阻剂海水溶液由所述柱塞泵输送至公务船水炮系统管路。
较佳地，所述减阻剂采用粘弹性流体表面活性剂，例如ctac/nasal溶液；所述减阻剂注入系统包括两个所述带搅拌器的储罐，各带搅拌器的储罐分别通过阀门与全船冷却海水系统连接，各带搅拌器的储罐分别通过阀门与所述柱塞泵连接。
本发明的基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统，基于表面活性剂对于粘弹性流体流动过程的减阻效应，采用合适的减阻剂及合理的注入系统，充分地降低水炮海水从通海阀箱至水炮喷口过程的湍流流动阻力，同时，降低水流飞行过程中与空气的摩擦阻力，从而短时提高水炮射程与流量，实现水炮系统“兴奋剂”强化。
本发明较佳实施例以7xx公务执法船为例，详细说明本发明的基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统。
本实施例通过减阻剂筛查分析选取合适的减阻剂，通过水炮系统管网模型进行减阻剂添加前后水炮性能对比分析，确定减阻剂注入系统及注入方式。具体过程如下：
1)表面活性减阻剂在海水应用中的减阻特性
目前减阻剂实验数据均为淡水管路中测得，需确定典型减阻剂在海水系统中是否同样有效。
ctac/nasal溶液为典型减阻剂，其微尺度结构如图1所示。参见图2，圆管海水管路输配减阻试验表明，海水圆管流动中添加ctac/nasal溶液仍有明显的减阻效果，最高可达60％，与ctac/nasal淡水溶液减阻效果相当，可确定典型减阻剂——ctac/nasal溶液，在海水中同样具有良好的减阻效用。
本实施例选用ctac/nasal溶液作减阻剂。
2)建立水炮系统管网模型
本实施例采用flowmaster管网模拟软件作为模拟分析的软件平台。根据7xx公务执法船水炮系统原理设计以及船厂放样结果，利用模拟软件建立水炮系统管网模型，该水炮系统管网模型完全体现7xx公务执法船水炮系统通径、管长、弯头、变径、水泵、阀门等各输配环节，为水炮系统实现性能模拟预报。
3)7xx公务执法船水炮系统管路各环节的添加剂减阻特性及管路模拟分析
在水炮系统管网模型中定义管路各环节阻力系数，完成现有水炮系统(添加减阻剂前水炮系统)性能模拟研究，验证现有水炮系统射程及流量，作为添加剂技术的对比数据。
根据添加减阻剂技术沿程阻力(如图3)及局部阻力(如图4和图5)的实验数据，对7xx公务执法船水炮系统管路各环节阻力系数赋值，利用水炮系统管网模型进行重新计算，完成基于添加剂湍流减阻技术(即表面活性减阻技术)的水炮系统性能模拟分析，对比减阻剂添加前后水炮系统射程及流量，完成水炮系统增程增效性能分析。
图6所示为7xx公务执法船现有水炮系统垂直射高及水平射程的示意图；图7所示为添加减阻剂后水炮系统管路节点水头图。
4)确定减阻剂注入系统及注入形式，并进行总体资源分析
基于步骤3)的分析，减阻剂进入水炮系统管路后位于圆管管壁时减阻效果最好，为适应管网不同区域的雷诺数，保证减阻剂注入效果，本实施例的水炮强化系统采用两级注入形式。统筹优化减阻剂需求量、水炮“兴奋剂”持续时间以及舱容、重量需求，本实施例的基于表面活性减阻技术的公务船水炮强化系统包括两个减阻剂注入系统1，如图8所示，一个减阻剂注入系统加在水炮系统管路主泵21后，另一个减阻剂注入系统加在水炮系统管路分支处22(该水炮系统包含两台水炮发射筒23)。两个减阻剂注入系统结构完全相同，所述减阻剂注入系统1包括两个带搅拌器的储罐11和一个柱塞泵12，所述带搅拌器的储罐11通过第一阀门13与全船冷却海水系统连接，所述带搅拌器的储罐11通过第二阀门14与所述柱塞泵12连接，所述柱塞泵12的输出连接至水炮系统管路。储罐内预先注有减阻剂，工作时，交替打开两个第一阀门，全船冷却海水系统的海水交替注入两个储罐内，在搅拌器的搅拌作用下，海水与减阻剂在储罐内均匀混合，形成减阻剂海水溶液，交替打开两个第二阀门，柱塞泵交替从两个储罐内抽出减阻剂海水溶液输送至水炮系统管路。柱塞泵流量可调，从而调节ctac/nasal－海水溶液浓度。
本实施例中，每个储罐的容积为1.0m3，减阻剂海水溶液注入柱塞泵，采用夹缝注入的方式，能够在15分钟效用强化期内，增加水炮射程20％，流量增加8％。从而实现水炮系统短时间“兴奋剂”强化效用。
本发明适用于新造公务船及现有公务船加改装，可使水炮短时间内打击力得到显著增强，在钓鱼岛等争议海域水炮冲突时第一时间从距离上和效用上压制对手，从而取得局部对抗优势。