題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項目名稱：
- 水下高速超空泡射彈試驗系統(tǒng)的設(shè)計及其流場特性研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本發(fā)明公開了一種水下高速超空泡射彈試驗系統(tǒng)。彈體通過高壓氣源所釋放氣體被驅(qū)動、加速，并通過發(fā)射管發(fā)射進(jìn)入放有液體的水箱，當(dāng)試驗彈體自上而下和自下而上地通過液體自由面時，產(chǎn)生了伴隨超空泡產(chǎn)生的入水和出水的流場。所產(chǎn)生的超空泡流具有較清晰的汽/液兩相流內(nèi)外邊界，配合使用各種光學(xué)儀器，就可以研究空泡內(nèi)氣體的平衡狀態(tài)、自由面與超空泡的相互作用、汽/液界面的不穩(wěn)定性、湍流邊界層的發(fā)展等復(fù)雜的流體動行為過程。
- 詳細(xì)介紹：
- 超空泡主要分為自然超空泡和通氣超空泡兩種，前者依靠提高航行體的速度產(chǎn)生超空泡，后者依靠人工通氣增加空泡內(nèi)壓強(qiáng)生成超空泡。我國在高速物體出入水誘導(dǎo)產(chǎn)生自然超空泡的基礎(chǔ)試驗研究方面剛剛起步不久，相關(guān)的研究單位大多是在水洞中進(jìn)行，但由于多數(shù)水洞只能開展物體入水試驗，且試驗受弗魯?shù)聰?shù)Fr的影響較大，空泡變形較嚴(yán)重，難以準(zhǔn)確分析空泡的形態(tài)特性。從當(dāng)前公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料來看，我國對于高速，特別是跨音速的物體以垂直或近垂直角度出入水誘導(dǎo)產(chǎn)生超空泡方面的研究還很少涉及。造成上述現(xiàn)象的主要原因是目前還沒有出現(xiàn)能較好地實現(xiàn)伴隨超空泡產(chǎn)生的水下高速物體發(fā)生器。美國人發(fā)明的超空化水下拋射體(US Patent 6405653),在物體的后端裝有一臺火箭發(fā)動機(jī)，由火箭發(fā)動機(jī)的排氣在物體表面產(chǎn)生人工通氣氣泡。這種設(shè)備比較復(fù)雜，不適合在實驗室普及使用；而且它一般只能維持水平運動，而無法完成兼顧出水和入水試驗的任務(wù)。 本發(fā)明公開了一種水下高速超空泡射彈試驗系統(tǒng)。包括高壓氣源、箱體支撐架、高速攝影儀、工控計算機(jī)、隔膜、安全截獲器、水箱、水箱蓋、平板、球閥、發(fā)射管、加強(qiáng)板、氣體導(dǎo)管、緊固板和發(fā)射管支撐架。彈體通過高壓氣源所釋放的氮氣或氦氣被驅(qū)動、加速，并通過發(fā)射管發(fā)射進(jìn)入放有液體的水箱，當(dāng)試驗彈體自上而下和自下而上地通過液體自由面時，產(chǎn)生了伴隨超空泡產(chǎn)生的入水和出水的流場。所產(chǎn)生的超空泡流具有較清晰的汽/液兩相流內(nèi)外邊界，再配合使用各種光學(xué)儀器和流場可視化儀器，就可以研究和了解空泡內(nèi)氣體的平衡狀態(tài)、自由面與超空泡的相互作用、汽/液界面的不穩(wěn)定性、湍流邊界層的發(fā)展等復(fù)雜的流體動力學(xué)行為過程。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 我國在高速物體出入水誘導(dǎo)產(chǎn)生自然超空泡的基礎(chǔ)試驗研究方面剛剛起步不久，相關(guān)的研究單位大多是在水洞中進(jìn)行，但由于多數(shù)水洞只能開展物體入水試驗，且試驗受弗魯?shù)聰?shù)Fr的影響較大，空泡變形較嚴(yán)重，難以準(zhǔn)確分析空泡的形態(tài)特性。從當(dāng)前公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料來看，我國對于高速，特別是跨音速的物體以垂直或近垂直角度出入水誘導(dǎo)產(chǎn)生超空泡方面的研究還很少涉及。造成上述現(xiàn)象的主要原因是目前還沒有出現(xiàn)能較好地實現(xiàn)伴隨超空泡產(chǎn)生的水下高速物體發(fā)生器。 本發(fā)明公開了一種水下高速超空泡射彈試驗系統(tǒng)。彈體通過高壓氣源所釋放的氮氣或氦氣被驅(qū)動、加速，并通過發(fā)射管發(fā)射進(jìn)入放有液體的水箱，當(dāng)試驗彈體自上而下和自下而上地通過液體自由面時，產(chǎn)生了伴隨超空泡產(chǎn)生的入水和出水的流場。所產(chǎn)生的超空泡流具有較清晰的汽/液兩相流內(nèi)外邊界。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 我國在高速物體出入水誘導(dǎo)產(chǎn)生自然超空泡的基礎(chǔ)試驗研究方面剛剛起步不久，相關(guān)的研究單位大多是在水洞中進(jìn)行，但由于多數(shù)水洞只能開展物體入水試驗，且試驗受弗魯?shù)聰?shù)Fr的影響較大，空泡變形較嚴(yán)重，難以準(zhǔn)確分析空泡的形態(tài)特性。從當(dāng)前公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料來看，我國對于高速，特別是跨音速的物體以垂直或近垂直角度出入水誘導(dǎo)產(chǎn)生超空泡方面的研究還很少涉及。造成上述現(xiàn)象的主要原因是目前還沒有出現(xiàn)能較好地實現(xiàn)伴隨超空泡產(chǎn)生的水下高速物體發(fā)生器。美國人發(fā)明的超空化水下拋射體(US Patent 6405653),在物體的后端裝有一臺火箭發(fā)動機(jī)，由火箭發(fā)動機(jī)的排氣在物體表面產(chǎn)生人工通氣氣泡。這種設(shè)備比較復(fù)雜，不適合在實驗室普及使用；而且它一般只能維持水平運動，而無法完成兼顧出水和入水試驗的任務(wù)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年浙江理工大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎 2011年浙江省第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖片、圖紙
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本項目研制開發(fā)出的水下高速射彈試驗系統(tǒng)及其流場可視化呈像方法，以此來研究刻畫水中超空泡定常流動及當(dāng)物體在入水和出水時的自由面附近超空泡的生成、崩潰對物體的受力狀態(tài)和運動軌跡的影響，同時研究物體長徑比對超空泡形狀的影響、鈍體的阻力系數(shù)、自由面與超空泡的相互作用、氣/液界面的不穩(wěn)定性、湍流邊界層的發(fā)展等。本研究結(jié)果將為超空泡的數(shù)值計算和在水下超高速范圍內(nèi)的相關(guān)研究奠定夯實基礎(chǔ)，為開創(chuàng)我國超空泡技術(shù)研究的新局面發(fā)揮積極、關(guān)鍵的作用。 本試驗系統(tǒng)作為一套“性能優(yōu)良，設(shè)計合理，測試精準(zhǔn)”的水下高速射彈綜合測試研究系統(tǒng)，將一舉填補(bǔ)當(dāng)前我國在超空泡研究領(lǐng)域內(nèi)缺乏有效實用的綜合試驗研究系統(tǒng)的空白，同時擬研究開發(fā)的試驗測試技術(shù)將作為一種先進(jìn)測試技術(shù)，專門用于測量具有“精密、微觀、瞬態(tài)、高速、復(fù)雜、多變”等特點的超空泡流相關(guān)物理參數(shù)，這必將開拓和促進(jìn)空泡物理相關(guān)研究的深入進(jìn)行，有助于水力空化技術(shù)和水下航行體減阻技術(shù)的進(jìn)一步開發(fā)與應(yīng)用。
同類課題研究水平概述
- 烏克蘭和俄羅斯的研究人員通過大量的試驗，獲得了不同模型和空化器下超空泡的形態(tài)、通氣及穩(wěn)定性規(guī)律，設(shè)計出一系列可以調(diào)節(jié)升力和阻力系數(shù)值的不同類型的空化器；試驗還得到了30-140 m/s下自然及通氣超空泡的試驗數(shù)據(jù)，并通過40-1300 m/s速度下的高速射彈實驗，總結(jié)出軸對稱超空泡形態(tài)和尺寸的計算公式等。 1994年10月在雅典防務(wù)展覽會上，俄羅斯展示了“疾風(fēng)”超空泡射彈樣品。同樣，在1995年3月阿布扎比國際防務(wù)展覽會上也陳列了該樣品，不僅可以高速攻擊敵方潛艇，而且能夠反擊敵方發(fā)射的魚雷武器，是目前已知唯一的定型并裝備部隊的武器，并已經(jīng)向少數(shù)國家出售，如印度和法國等。據(jù)傳俄羅斯目前正在研究帶自導(dǎo)和更高速的水下導(dǎo)彈，以及超空泡高速潛艇。 美國從20世紀(jì)50年代開始高速推進(jìn)器和水翼方面的超空泡研究，目前主要致力于發(fā)展超空泡高速射彈和超空泡魚雷兩類超空泡武器，其中機(jī)載快速滅雷系統(tǒng)(RAMICS)已于1995年研制成功，該系統(tǒng)用20mm的超空泡射彈，可穿透水下15m處的水雷。 早在第二次世界大戰(zhàn)期間德國就開始了超空泡的理論與實踐研究。20世紀(jì)70年代后，德國主要進(jìn)行了超空泡射彈和火箭的研究，獲得了火箭的穩(wěn)定的水下彈道，對多種不同的氣體發(fā)生器進(jìn)行了試驗，并開發(fā)了適于超空泡航行體的固體火箭發(fā)動機(jī)等。除此之外，80年代初，德國還研究了超空泡水下導(dǎo)向射彈在運動中的性能，在射彈上配置慣性測量裝置，為控制此類射彈打下基礎(chǔ)。 此外，英國、法國等其他西方國家目前雖然還沒有研制出實戰(zhàn)或試驗型超空泡武器，但是都投入了極大精力開展超空泡武器的探索和研究。 我國在空蝕與超空泡方面的研究起步較晚，2000年俄羅斯發(fā)生了“庫爾斯克號”潛艇爆炸沉沒事故，國人才從中知道了還存在一種被稱為高速超空泡魚雷的航空母艦“殺手锏”兵器，我國這才真正開始了在方面的實質(zhì)性系統(tǒng)研究。與國外尤其是與美國和俄羅斯的在空蝕及超空泡方面的研究相比，我國的研究基礎(chǔ)還比較薄弱，其中空蝕的研究結(jié)果還不是很多，超空泡的研究結(jié)果就更少，而對超高速空泡航行體流動特性和機(jī)理的研究基本上還是處在起步階段。在理論上，我國學(xué)者還沒有達(dá)到能夠提出新的超空泡計算公式的程度；在實驗上，現(xiàn)階段在我國也似乎還沒出現(xiàn)可以與美俄在這方面相媲美的實驗手段與方法。
