一种超空泡水下航行器可分离式艏部结构的制作方法

本发明涉及超空泡水下航行器领域，具体地说是一种适用于超空泡水下航行器的艏部设计方法。

背景技术：

超空泡水下航行器作为一种新概念水下航行体，在流体动力原理方面与传统航行器有着本质的差别。利用超空泡技术可在航行器周围产生完全包围航行器的空泡，使得航行器与水隔离，类似于在空气中运动，减阻量甚至可以达到90％。目前制约超空泡航行器发展的两大主要因素分别是超空泡的稳定性控制和能源问题，短期内无法实现长距离超空泡航行。发展既可以常规非超空泡水下航行又具备超空泡水下航行能力的水下航行器是未来发展方向之一。

空化器是超空泡水下航行器诱导生成超空泡的关键部件，对于空泡形态、稳定性及减阻特性都有着重要影响。圆盘形空化器是一种较为常见的空化器形状，其产生的空泡尺度较大同时较为稳定。以搭载圆盘形空化器的超空泡水下航行器为例，位于航行器艏部的圆盘形空化器在航行器处于非超空泡航行状态下，边缘处会产生较高的压力梯度，造成额外由形状导致的压差阻力的产生，并可能在空化器边缘处诱发局部空泡导致航行器性能全面下降。对于超空泡水下航行器来说，保证非超空泡航行状态下的低水阻流线型外形非常重要，一方面压力梯度明显减小，压力分布曲线较为平坦，显著降低压差阻力，另一方面提高航行稳定性，降低对海流的敏感程度。故保证超空泡水下航行器在非超空泡航行状态下保持低阻水动力外形同时不影响超空泡航行状态下位于艏部的空化器形状是目前需要解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种超空泡水下航行器可分离式艏部结构，降低超空泡水下航行器在非超空泡航行状态下由空化器外形诱导产生的压差阻力，减少能源消耗，提高航行器稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种超空泡水下航行器可分离式艏部结构，包括分体式导流罩单元、失电型电磁铁单元、连接肋环和航行器艇体。分体式导流罩单元由导流罩上部、导流罩下部、浮力泡沫组成，导流罩上部与导流罩下部相互接触但不固连，浮力泡沫通过粘接的方式固定于导流罩上部内表面；失电型电磁铁单元由铁磁性圆盘、失电型电磁铁组成，铁磁性圆盘以螺纹连接的方式固定于分体式导流罩单元内部肋环，布置方式为四个铁磁性圆盘周向均匀分布，且每个铁磁性圆盘中心保持与导流罩上部和导流罩下部之间的分界线呈45°夹角，失电型电磁铁共四个并以螺纹连接方式固定在连接肋环预留的圆形凹槽中；连接肋环与航行器艇体通过螺钉穿过连接肋环后旋拧到航行器艇体外圆周的螺纹孔上；圆形凹槽内还设有电源线通道，用于将失电型电磁铁与航行器艇体内供电单元通过电源线连接；因此失电型电磁铁单元的电源通断可调节，失电型电磁铁单元处于电源断开状态下，分体式导流罩单元通过失电型电磁铁单元提供的吸引力固定于连接肋环上；失电型电磁铁单元电源接通时失去磁力导致分体式导流罩单元与连接肋环分离。

分体式导流罩单元与连接肋环的轴向固定依靠失电型电磁铁单元处于电源断开状态下的吸引力；当失电型电磁铁单元电源接通时失电型电磁铁失去磁力，分体式导流罩单元与连接肋环之间不再有吸引力保持轴向固定而自然分离；导流罩上部与导流罩下部内表面有环形凹槽与连接肋环阶梯状凸台相互贴合保证径向位置固定，导流罩上部与导流罩下部接触处有方形凹槽与连接肋环的方形凸台相互贴合保证周向位置固定。

导流罩是导流罩上部与导流罩下部相互接触但不固连的分体式结构，所述浮力泡沫通过粘接的方式固定于导流罩上部内表面，保证导流罩上部净浮力大于零，导流罩下部不粘接浮力材料保证净浮力小于零；所述分体式导流罩单元与连接肋环自然分离时，导流罩上部由于净浮力大于零而上浮，导流罩下部由于净浮力小于零而下潜，此过程对于超空泡水下航行器的航行稳定性影响较小。

现有超空泡水下航行器以空化器为最前端的结构，由于空化器对于空泡形态、稳定性及减阻特性都有着重要影响，在空化器形状设计时无法兼顾水下航行器在非超空泡航行状态下的外形减阻优化。与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本发明可分离式艏部结构，在非超空泡航行状态下可以保持低水阻流线型艏部外形，相比较于空化器作为航行器艏部而言减少由于形状产生的压差阻力，降低能源消耗，扩大超空泡水下航行器应用范围；

2.当切换至超空泡航行模式时由航行器艇体控制单元对失电型电磁铁发出通电信号，进行永磁体的消磁后自动完成艏部导流罩的抛载且对于航行器的航行稳定性影响较小。

附图说明

图1为本发明的一种超空泡水下航行器可分离式艏部结构总体结构示意图。

图2为本发明的分体式导流罩单元的结构示意图。

图3a和图3b分别是铁磁性圆盘和失电型电磁铁的结构示意图。

图4为本发明连接肋环的结构示意图。

图5为导流罩分离前超空泡水下航行器艏部外形结构图。

图6为导流罩分离后超空泡水下航行器艏部外形结构图。

附图标记：1-导流罩上部，2-铁磁性圆盘，3-失电型电磁铁，4-导流罩下部，5-浮力泡沫，6-连接肋环，7-航行器艇体，8-圆形凹槽，9-螺钉凹槽，10-电源线通道，11-方形凸台

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图6所示，本发明提供一种超空泡水下航行器可分离式艏部结构，包括由分体式导流罩单元、失电型电磁铁单元、连接肋环和航行器艇体；分体式导流罩单元由导流罩上部1、导流罩下部4和浮力泡沫5组成；导流罩上部1和导流罩下部4的内部肋环上预留有四个周向均匀分布的螺纹孔且螺纹孔与导流罩上部1和导流罩下部4分界线的夹角呈45°，铁磁性圆盘2底部中心处预留有同规格螺纹孔，通过螺纹连接的方式在导流罩上部1和导流罩下部4的内部肋环上分别固定两块铁磁性圆盘2，铁磁性圆盘2一端与导流罩的内部肋环固定，另一端即铁磁性圆盘2的吸引面朝向航行器艉部，同时保证铁磁性圆盘2的吸引面光滑平整且铁磁性圆盘2吸引面的面积不小于失电型电磁铁3吸引面的面积，浮力泡沫5通过粘接的方式固定于导流罩上部1的内表面，失电型电磁铁3分别放入连接肋环6上的圆形凹槽8并在底部通过螺纹连接方式固定，将电源线从连接肋环6上的失电型电磁铁电源线通道10引出，连接肋环6上预留四个用于与航行器艇体7紧固的螺钉凹槽9，通过螺钉穿过连接肋环6的螺钉凹槽9后旋拧到航行器艇体7外圆周的螺纹孔上

连接肋环6设计为阶梯状凸台结构，阶梯状凸台与分体式导流罩内表面的环形凹槽相互贴合，保证分体式导流罩的径向位置固定；连接肋环6周向最外侧与导流罩上部和导流罩下部分界线对应位置上设有两个方形凸台11，导流罩上部1和导流罩下部4接触处有两个方形凹槽，连接肋环方形凸台与分体式导流罩方形凹槽相互贴合保证导流罩的周向位置固定。

本发明的工作原理具体如下：

失电型电磁铁单元处于电源断开状态下，分体式导流罩单元与连接肋环通过失电型电磁铁内的永磁体与铁磁性圆盘产生的吸引力连接。当失电型电磁铁单元接通电源后，电流通过失电型电磁铁内部线圈产生与内置永磁体固有磁力极性相反的磁场导致永磁体消磁，失去磁铁吸引力后分体式导流罩单元与链接肋环和航行器艇体分离，受到壳体净浮力的影响，导流罩上部自然上浮，导流罩下部自然下沉。此过程对于超空泡水下航行器的航行稳定性影响较小。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除