[发明专利]海下交通工具的十字形尾部控制表面

说明书

技术领域

本发明大体上涉及造船领域并且涉及海下交通工具(以下简称UV)的尾部控制表面的结构设计，所述表面用于维持海下交通工具的稳定性和可控性。

背景技术

现在，出于改善在例如巡洋舰上的生活条件的目的，对船舶的振动和噪声水平的要求变得更加严格，并且提高了各种设备的操作可靠性，所述设备包括在渔船和调查船、舰船以及海下交通工具上的水底传播声音的设备，其导致了减少噪音发出的各种方法的发展。

已知运行推进装置例如单轴海下交通工具的螺旋桨的空穴现象和振动声学特性的水平由发生于尾部处的流速场的不均匀性决定。在螺旋桨处的入射流是空间非均匀的并且由于紊流脉动的存在导致不稳定(参见Yu.L.LEVKOVSKY编著的书“螺旋桨噪音”，UDC：629.5.015.6，由A.N.Krylov院士命名的TsNII，第67页，圣彼得堡，2005)。如果尾部端具有接近轴向对称的轮廓，考虑具有来自源的伴随着增长距离的潜在扰动的相当快速衰减，位于螺旋桨盘中的液体流动速率场结构将主要依赖于由粘性效应施加影响的程度。后者要么与特定的位于外壳边界层内的特定发展以及来自于位于突出外壳部分的边界层内的流动能量损耗的粘性液压轨迹相关，要么与位于形成海下交通工具的构造结构元件上的流动导致的自由涡流系统的形成相关。

涡流系统可以作为外壳和特别是那些以冲击角暴露于流动中的突出部分的动作以及在外壳和突出部分上彼此相互作用的边界层的局部空间间隔情形下的结果而形成。在由强正压梯度导致的边界层分离的影响之下，彼此标记为相反的成对的涡流是最重要的，并且表现出支撑马蹄形涡流的自由分支，所述马蹄形涡流出现在邻接外壳的位置的突出部分的前部之前。该间隔区域内的流动参数和支撑涡流的强度主要由横向尺寸以及阻碍物、这里是突出部的形式决定。

与速度场的不均匀度相关的问题可以基于使用特殊附加的涡流生成装置通过生成人工涡流的额外的系统校正涡流扰动来解决，额外附加涡流生成装置用于确保在重新生成的涡流系统以及由初始外壳轮廓和突出部生成的涡流系统之间的相互作用。这导致在尾部区域内(在螺旋桨盘的平面内)平滑化所产生的速度场的圆周不均匀性的程度决定了推进器运行的条件。

众所周知，涡流发生器是小长度的小翼，其以一定的冲击角设置在UV的外壳的表面上(参见：作者为P.Chzhen“流分离的控制”，米尔出版社，莫斯科，1979，第200-304页)。位于螺旋桨盘内的速度场不均匀结构的这种处理方法的缺点(其中该结构最初由外壳轮廓和遵循其他普通设计条件的突出部的结合决定)是由其损伤的高可能性导致的已安装的涡流发生器的不良操作可靠性，其中所述损伤由其连接到外壳的悬臂以及由其特定的几何形状和设计决定的其自身的声发射衰减的必要性导致。

粘性的轨迹总是导致位于包括螺旋桨盘在内的其定位位置处的纵向速度的减小，并且自由纵向涡流随后继续靠近外壳表面在流动方向延伸很大的距离。纵向马蹄形涡流的出现引起接近潜在扰动的横向扰动，并且具有位于主纵向流动的动作的复杂机理。已经出现的马蹄形涡流的动作的机理以边界层到直接沿着纵向速度最高梯度线的扰动的高灵敏度为基础，并且在于位于衰减的外壳边界层的邻近壁区域和流动速率仅仅略微不同于外部潜在的流动的外壳周边之间定向的质量传递。这里边界层实现将甚至非常弱的横向涡流扰动转化为纵向速度轮廓的相对强的变化的有效变换器的功能，其在速度区域内变得更强烈，在速度区域内扰动直接从边界层周边到外壳表面。当涡流从远离其起点的位置移动到尾部时所述效应变得更强并且所述效应在位于海下交通工具的尾部内的厚边界层内最强。作为所有轨迹和自由涡流(其通过外壳和在多个突出部之间从外壳和多个突出部移动到螺旋桨)的相互作用的结果，纵向速度场的真实不均匀性结构是相当复杂的(A.I.Korotky，V.M.Kotlovich，N.A.Koltsova，V.A.Tyushkevich“海下交通工具定位范围的推进器内的介质和脉动速度场的优化问题”，俄国舰队和海军以及造船300周年纪念国际会议学报，A部，A2分部，流体力学，第2卷，第A2-11-1页至A2-11-11页，圣彼得堡，以A.N.Krylov院士命名的TsNII，1996)。位于螺旋桨盘内的速度场的圆周不均匀性由具有设计和操作性质的因素的整个集合引起，这导致不可避免的来自于轴向对称流的偏差。