本發(fā)明涉及一種潛射導(dǎo)彈水下發(fā)射技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置。

背景技術(shù)：

由于潛射導(dǎo)彈從出筒到出水期間的水動(dòng)力和氣動(dòng)力現(xiàn)象十分復(fù)雜，呈現(xiàn)出高動(dòng)壓、非定常、多相流和強(qiáng)非線性等特點(diǎn)。受到海流海況等多種因素影響，潛射導(dǎo)彈的水中彈道較難保持穩(wěn)定，目前的工程方法是采用空化外型來(lái)約束潛射導(dǎo)彈水下彈道和姿態(tài)。

空泡現(xiàn)象是圍繞水下高速航行體產(chǎn)生的一種特有的、具有強(qiáng)烈非定常、非線性和隨機(jī)性的復(fù)雜物理現(xiàn)象。當(dāng)航行體在水下高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，其表面附近的液體壓力將會(huì)減小，某些部位的水靜壓會(huì)因繞流作用進(jìn)一步降低。當(dāng)這些部位的水靜壓低于飽和蒸汽壓時(shí)，液體分子溢出液體表面而成為氣體分子，同時(shí)水體內(nèi)部原有的很小氣泡也將迅速膨脹，在水中形成含有水蒸汽和其它氣體的明顯氣泡，使流場(chǎng)局部呈現(xiàn)氣－汽－液三相流動(dòng)，這就標(biāo)志著流場(chǎng)中發(fā)生了空泡(化)現(xiàn)象。潛射導(dǎo)彈穿越水面時(shí)，這種由于介質(zhì)密度驟然變化導(dǎo)致的空泡潰滅現(xiàn)象將引起很大的動(dòng)載荷，甚至可能使彈體在出水后折斷。

為了保障潛射導(dǎo)彈安全出水，采用抑制空化頭型，但是這給潛射導(dǎo)彈水下航行姿態(tài)穩(wěn)定性帶來(lái)困難，均壓排氣水下發(fā)射是一種替代方案，但是均壓排氣參數(shù)的確定有很大難度，通常會(huì)帶來(lái)海水對(duì)排氣孔的倒灌等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，提供了一種既可以回避跨越水氣界面空泡潰滅帶來(lái)沖擊載荷，同時(shí)調(diào)節(jié)尾部舵偏角來(lái)控制出水姿態(tài)的水動(dòng)力布局方案。

本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，包括航行體頭部、航行體柱體和尾部控制舵面；其中，航行體柱體為細(xì)長(zhǎng)圓柱體結(jié)構(gòu)，航行體頭部固定安裝在航行體柱體的頂部；尾部控制舵面垂直于航行體柱體的軸線方向，固定安裝在航行體柱體的底部。

在上述的一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，所述航行體柱體長(zhǎng)為3-14m；直徑為0.25-2m。

在上述的一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，所述航行體頭部為平頭圓弧臺(tái)狀結(jié)構(gòu)；航行體頭部頂部和底部均為圓形水平臺(tái)，頂部為小徑水平臺(tái)，底部為大徑水平臺(tái)；頂部小徑水平臺(tái)水平同軸位于底部大徑水平臺(tái)的上部；底部大徑水平臺(tái)與航行體柱體的一端同軸固定連接。

在上述的一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，所述航行體頭部的頂部小徑水平臺(tái)的半徑為航行體柱體半徑的0.1-0.6倍。

在上※述的一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，所述航行體頭部頂部小徑水平臺(tái)和底部大徑水平臺(tái)外邊緣通過(guò)光滑曲線連接，曲線的跨度，即頂部小徑水平臺(tái)邊緣與底部大徑水平臺(tái)邊緣的水平間距小于0.1倍航行體總長(zhǎng)度。

在上述的一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，所述航行體包括兩個(gè)尾部控制舵面；兩個(gè)尾部控制舵面對(duì)稱安裝在航行體柱體的兩側(cè)；且兩個(gè)尾部控制舵面位于航行體柱體的徑向直徑的兩端。

在上述的一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，所述尾部控制舵面固定安裝在距離航行體柱體底面0.05-0.1倍航行體總長(zhǎng)的位置。

在上述的一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，所述尾部控制舵面為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度L1為1-3倍的航行體柱體半徑；寬度L2為0.6-1.5倍航行體柱體半徑；高度L3為0.05-0.1倍航行體柱體半徑；尾部控制舵面與航行體柱體舵面通過(guò)舵軸連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明采用了抑制空化頭型，避免了主動(dòng)空泡頭型航行體在跨越水氣界面時(shí)空泡潰滅而產(chǎn)生的沖擊載荷，保證了航行體的結(jié)構(gòu)安全；

(2)本發(fā)明在航行體尾部安裝控制舵面，通過(guò)調(diào)節(jié)舵面角度，控制航行體的水動(dòng)位置力與力矩，調(diào)節(jié)水中姿態(tài)，避免采用均壓排氣方式導(dǎo)致的海水倒灌問(wèn)題；

(3)本發(fā)明水動(dòng)力布局簡(jiǎn)單，只需要在尾部安置舵面，對(duì)發(fā)射參數(shù)依賴度低，降低發(fā)射難度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明航行體水動(dòng)布局外形示意圖；

圖2為本發(fā)明航行體水動(dòng)布局俯視圖；

圖3為本發(fā)明空化數(shù)0.1航行體母線壓力系數(shù)；

圖4為本發(fā)明航行體尾部安置舵面與不安裝舵面出水俯仰角的差異圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

從水下垂直發(fā)射航行體抑制空化頭型設(shè)計(jì)方法出發(fā)，構(gòu)建兼容抑制空化與出水姿態(tài)控制的水動(dòng)力布局，得到了一種在較低空化數(shù)條件下才產(chǎn)生空泡的頭型，同時(shí)在航行體尾部布置舵面來(lái)調(diào)節(jié)水下航行位置力。本發(fā)明提供了一種既可以回避跨越水氣界面空泡潰滅帶來(lái)沖擊載荷，同時(shí)調(diào)節(jié)尾部舵偏角來(lái)控制出水姿態(tài)的水動(dòng)力布局方案。

本發(fā)明從初生空化數(shù)的影響因素出發(fā)，設(shè)計(jì)初生空化數(shù)較小的頭部型線，在尾部安裝舵面控制航行體的水動(dòng)力及力矩調(diào)整航行姿態(tài)，力圖得到兼顧跨水氣界面低載荷與較小出水俯仰角的水動(dòng)布局航行體。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

根據(jù)初生空化數(shù)的影響因素，設(shè)計(jì)出平頭流線形頭部外形，根據(jù)數(shù)值計(jì)算手段得到初生空化數(shù)，反過(guò)來(lái)驗(yàn)證形線的有效性。在設(shè)計(jì)完頭部外形后，在航行體尾端安置兩個(gè)舵，呈對(duì)稱安裝，根據(jù)航行姿態(tài)調(diào)節(jié)舵偏角度，根據(jù)數(shù)值計(jì)算手段計(jì)算航行體位置力與力矩，并得到彈道數(shù)據(jù)，判斷出水俯仰角度。

如圖1所示為航行體水動(dòng)布局外形示意圖，由圖可知，一種抑制空化及控制出水姿態(tài)的航行體裝置，其特征在于：包括航行體頭部1、航行體柱體2和尾部控制舵面3；其中，航行體柱體2為細(xì)長(zhǎng)圓柱體結(jié)構(gòu)，航行體柱體2長(zhǎng)為3-14m，直徑為0.25-2m；航行體頭部1固定安裝在航行體柱體2的頂部，航行體頭部1為平頭圓弧臺(tái)狀結(jié)構(gòu)；航行體頭部1頂部和底部均為圓形水平臺(tái)，頂部為小徑水平臺(tái)，航行體頭部1的頂部小徑水平臺(tái)的半徑為航行體柱體2半徑的0.1-0.6倍；底部為大徑水平臺(tái)；頂部小徑水平臺(tái)水平同軸位于底部大徑水平臺(tái)的上部；底部大徑水平臺(tái)與航行體柱體2的一端同軸固定連接；尾部控制舵面3垂直于航行體柱體2的軸線方向，固定安裝在航行體柱體2的底部。

航行體頭部1頂部小徑水平臺(tái)和底部大徑水平臺(tái)外邊緣通過(guò)光滑曲線連接，曲線的跨度，即頂部小徑水平臺(tái)邊緣與底部大徑水平臺(tái)邊緣的水平間距小于0.1倍航行體總長(zhǎng)度。

航行體共包括兩個(gè)尾部控制舵面3；兩個(gè)尾部控制舵面3對(duì)稱安裝在航行體柱體2的兩側(cè)；且兩個(gè)尾部控制舵面3位于航行體柱體2的徑向直徑的兩端，兩個(gè)尾部控制舵面3固定安裝在距離航行體柱體2底面0.05-0.1倍航行體總長(zhǎng)的位置；尾部控制舵面3為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度L1為1-3倍的航行體柱體2半徑；寬度L2為0.6-1.5倍航行體柱體2半徑；高度L3為0.05-0.1倍航行體柱體2半徑；尾部控制舵面3與航行體柱體2舵面通過(guò)舵軸連接。

圖3所示為該布局在空化數(shù)0.1條件下的壓力系數(shù)分布，可以看出流線型頭型空化區(qū)非常小。圖4所示case1為不添加舵面航行體出水俯仰角隨時(shí)間歷程變化，case2為與添加舵面航行體出水俯仰角隨時(shí)間歷程變化。可以看出航行體尾部添加舵面后在1.2s完全出水時(shí)俯仰角約為case1的1/3。

本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。