[发明专利]一种抑制水下航行体及水翼表面空化现象的流动控制方法

说明书

本发明公开了一种抑制水下航行体及水翼表面空化现象的流动控制方法，所述方法采用多孔介质材料固定在航行体或水翼的局部或全部固壁表面上，具体固定位置至少为以下情况中的一种：A、多孔介质材料固定在航行体或水翼固壁表面空泡初生位置上游区域；B：多孔介质材料固定在航行体或水翼固壁表面空泡初生位置附近；C：多孔介质材料固定在航行体或水翼固壁表面对应空泡区域内；D：多孔介质材料固定在航行体或水翼固壁表面对应空泡尾部及附近区域位置处；E：多孔介质材料固定在航行体或水翼固壁表面对应空泡尾部下游。本发明有效地抑制了多孔介质区附近甚至整个航行体或水翼固壁表面的空化流动现象。

技术领域

本发明涉及一种抑制空化的流动控制方法，尤其涉及一种抑制水下航行体及水翼表面空化现象的流动控制方法。

背景技术

为了控制航行体或者水翼表面空化现象，以到达改善航行体水动力特性、提高其结构可靠性以及降低流动噪声的目的，现有的空化抑制技术主要包括：水动力外形优化、局部粗糙表面、隔离条带结构及射流。上述空化抑制技术均存在一定的问题：

1、采用水动力外形优化的方法虽然可以在一定航行速度下减弱甚至消除空化现象，但是实际航行过程中，往往由于姿态变化或者在速度略有升高时，会在航行体或水翼表面出现局部低压空化区域甚至大范围的空化区；

2、采用隔离条带结构则主要用于控制空泡的回射及脱落现象，对空化初生现象的控制效果有限，而且由于以上隔离条带结构往往在局部突出航行体或者水翼表面，从而会产生一定的附加阻力；

3、局部沟槽结构会削弱壳体强度，为了保证其安全性需要进行壳体加厚，从而增加了其重量，且由于沟槽结构也仅能适应于特定的流动条件，当航行条件发生变化时，很难有效抑制空化现象；

4、射流技术则需要驱动系统，包括电机、泵以及管道结构等，系统较为复杂。

随着水下航行体（包括舰船、潜艇、水下武器以及无人潜水器等）速度的提高，其表面将出现局部甚至大范围的空化现象，将显著影响其水动力特性、操纵稳定性以及隐身特性。例如，当由于航行体或者水翼表面空泡尾部的水流回射现象使得局部压力过大，产生局部空蚀和材料剥落，尤其是空泡尺寸较大时产生的回射流冲击现象甚至会造成严重的结构变形及破坏。航行体及其水翼表面的空化现象还会使得其水动力和操纵力矩显著减小，从而影响航行体的姿态稳定性。此外，由于空泡的非定常发展，特别是空泡尾部非定常的空泡团脱落及漩涡结构，还会使得航行体表面以及其周围流场出现较大的压力脉动现象，进而产生流动噪声，减弱了其隐声性能。因此，如何避免和减弱空化现象一直是舰船、潜艇、水下武器以及无人潜水器等领域重要的研究内容之一，具有较大的理论价值和工程意义。

发明内容

为了消除或减弱航行体及其水翼表面的空化现象，本发明提供了一种抑制水下航行体及水翼表面空化现象的流动控制方法，通过采用覆盖或镶嵌局部甚至全部航行体或水翼固壁表面的多孔介质结构，以减小其表面附近的流体速度、增大流体压力，达到推迟甚至消除空化现象的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种抑制水下航行体及水翼表面空化现象的流动控制方法，采用多孔介质材料固定在航行体或水翼的局部或全部固壁表面上，具体固定位置至少为以下情况中的一种：

A：空泡初生位置上游控制

多孔介质材料固定在航行体或水翼固壁表面空泡初生位置上游区域；

B：空泡初生位置处控制

多孔介质材料固定在航行体或水翼固壁表面空泡初生位置区域；

C：空泡区内部控制

多孔介质材料固定在航行体或水翼固壁表面对应空泡区域内；

D：空泡回射位置处控制