[发明专利]水平超空泡与自由面相互作用的实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体力学领域水中航行体的加速发射装置，尤其是涉及一种水平超空泡与自由面相互作用的实验装置。

背景技术

水下航行体受到的阻力约是空中飞行器受到的阻力的800~1000倍，导致传统水下兵器普遍存在速度慢、航程短、精度低的缺陷。为了提高水下航行体的航速，改善水下兵器的作战性能，目前一般采用增大推动力和降低航行阻力这两种技术途径。由于在常规情况下，推力增加8倍才能将水下航行体的航速提高1倍。于是，各国进行了大量研究工作来寻求降低水下航行体阻力的方法，超空泡现象就是在这个途中逐渐被发现的。

所谓“超空泡”就是物体在水中运动时，自行或人为地沿运动物体的表面产生的空气包层，即在运动物体周围形成一种类似于可与流体隔离开的“空气环境”，使之如同在空气中飞行一般。超空泡技术的出现源自空化理论，即当液体流动在一定压力和一定温度下，液体内部局部压力降到一定程度时，在液体或固体与液体交界面上会形成蒸汽或气体的空穴，即空泡。超空泡技术是一种革命性的减阻方法，它可以使水下高速运动的航行体获得90％的减阻量，基于这种新概念、新原理研制的水下超空泡射弹，可以突破常规水下射弹的运动的极限，显著提高其速度，使其达到1000m/s的量级，大大增加射弹的行程和杀伤力，提高进攻和防御的能力，使运动在水中的物体实现超高速的“飞行”。我国在高速物体出入水诱导产生自然超空泡的基础试验研究方面刚刚起步不久，相关的研究单位大多是在水洞中进行，大部分的研究均停留在基本的理论和小型实验阶段，对于准确测量空泡形态、实验观察空化器对空泡形成的影响以及超空泡与自由面的相互作用等方面研究很少且不够深入，并且，多数水洞试验受弗鲁德数Fr的影响较大，空泡变形较严重，难以准确分析空泡的形态特性。

特别是在浅水区发射超空泡武器，还没有确切的技术论证。目前，超空泡兵器的设计理论都基于经典的空泡独立膨胀原理，而此原理又基于深水区的超空泡实验结果。在深水区，因为周围水体质量很大，空泡无法拖动水介质，于是独立前行，在水中留下的空泡就“独立”膨胀。然而，当水层较薄时，存在着空泡与水层的相互作用，空泡独立膨胀原理不再成立。因此，开发相应的实验装置是十分必须的。

发明内容

针对上述背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种水平超空泡与自由面相互作用的实验装置，可开展近水自由面或水深度不同时高速物体的出入水诱导超空泡实验，同时可以开展不同角度下高速物体的出入水诱导超空泡实验，其速度增加迅速，实验速度范围可以达到100m/s至500m/s。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种研究水平超空泡与自由面相互作用的实验装置，包括工控计算机、高速摄影仪、橡胶挡板、水箱、水箱法兰、水箱法兰盖板、发射管卡环、发射管、两条轨道、发射管法兰、管阀连接器、电磁阀、阀缸连接器、高压气缸、针阀、气缸法兰盖板、小车支撑架和高压气瓶；水箱正面设有观测窗口，水箱内的一侧放置橡胶挡板，水箱的另一侧开有圆管口，圆管口上焊有水箱法兰，水箱法兰向外依次安装水箱密封圈和水箱法兰盖板；发射管的一端穿过水箱法兰盖板，套在发射管外的发射管卡环固定在水箱法兰盖板上，发射管另一端内装有钝体，发射管另一端与发射管法兰连接，发射管法兰经发射管密封圈与管阀连接器一端的法兰相连接，管阀连接器的另一端与电磁阀出口连接，电磁阀进口与阀缸连接器的一端连接，阀缸连接器的另一端与高压气缸的一端连接，高压气缸的另一端与气缸法兰盖板通过法兰连接；气缸压力表接口与气缸压力表连接，高压气瓶经减压阀与针阀相连，针阀与气缸进气接口连接；发射管安装在结构相同的两个小车上，高压气缸安装在另一小车上，三个小车均能在两条轨道上滚动，两条轨道水平放置在小车支撑座上面；高速摄影仪的摄像头正对水箱观测窗口，高速摄影仪与工控计算机相连。

所述的结构相同的两个小车，均包括四个小车车轮、小车小托板、小车螺母、四根小车螺柱、发射管托块和发射管压盖；小车小托板下部安装四个小车车轮，小车小托板上部经小车螺母和小车螺柱与发射管托块连接，发射管安放在发射管托块凹槽中，发射管压盖盖在发射管托块上。

所述的另一小车包括小车大托板、小车螺母、小车螺柱、气缸托块、气缸压盖和小车车轮；小车大托板下部安装四个小车车轮，小车大托板上部经小车螺母和小车螺柱与气缸托块连接，高压气缸安放在气缸托块凹槽中，气缸压盖盖在气缸托块上。

本发明具有的有益效果是：