[发明专利]一种超空泡试验装置与试验方法

说明书

本发明属于超空泡试验研究领域，涉及一种超空泡试验装置与试验方法。该试验装置包括船体、动力系统、超空化水翼、超空泡试验模型、测试组件、通气系统、电池组、电机和控制系统；所述测试组件、通气系统、电池组、电机和控制系统均设置在所述船体的内部空间；所述船体由船身和船舱盖板组成；所述动力系统由一级动力系统和二级动力系统组成；所述一级动力系统安装在船体尾部，所述二级动力系统安装在超空泡试验模型尾部；所述船体的两侧各设置一个超空泡试验模型，并分别通过所述超空化水翼连接船身。本发明还提供了一种超空泡试验方法。本发明通过船身、超空泡水翼和通气空化减阻设计，提高了航行速度，满足超空泡试验速度和环境需求。

技术领域

本发明属于超空泡试验技术领域，涉及一种超空泡试验装置与试验方法，支撑带动力超空泡试验。

背景技术

超空泡是指航行体高速航行或人工通气条件下生成包裹航行体表面空泡的现象。超空泡可实现水下航行体高效减阻，引起国内外研究人员广泛关注。传统的以螺旋桨为推进装置的动力系统在高速下性能急剧下降，因此新型水下喷射推进动力系统，如水冲压发动机，成为超空泡航行体的首选动力装置。开展带动力超空泡试验，考核超空泡环境下动力系统性能，测试动力系统与超空泡流动耦合作用下性能参数，是超空泡航行器研究的关键技术之一。然而由于超空泡试验需要在高速水流环境或高航速条件下开展，给超空泡试验带来了较大的难度。

目前超空泡试验手段主要包括高速水洞试验、约束航行试验和自由航行试验。高速水洞通过驱动水流运动模拟航行体工作环境，由于水泵功率、洞体结构强度和水泵工作性能的限制，目前高速水洞的速度和尺寸都受到很大限制，最大尺寸的高速水洞直径约1米，最高速水洞速度约80m/s，但是直径只有3cm。因此水洞内只能开展小尺寸模型试验，而带动力超空泡试验几乎不可能。约束航行试验通常在水池中进行。模型安装在拖车上，拖车由自身动力系统驱动，在水池中运动，按导轨的形式分为拖曳水池与旋转水池。相对于水洞，水池可进行大尺度模型试验，且不存在洞壁效应等问题。然而受到拖车驱动机构限制，航速通常也不大于30m/s。自由航行试验通常在大型水池和湖泊里开展，模型回收和测量难度较大。总体来看，目前的试验方法均不能较好地满足超空泡试验需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种超空泡试验装置，通过对船身和超空化水翼进行设计，减小了船体高速航行时的阻力，提高了航行速度，满足了超空泡航行试验速度需求。具体技术方案如下：

一种超空泡试验装置，包括船体、动力系统、超空化水翼、超空泡试验模型、测试组件、通气系统、电池组、电机和控制系统；所述测试组件、通气系统、电池组、电机和控制系统均设置在所述船体的内部空间；所述船体由船身和船舱盖板组成；

所述动力系统由一级动力系统和二级动力系统组成；所述一级动力系统安装在船体尾部，所述二级动力系统安装在超空泡试验模型尾部；所述船体的两侧各设置一个超空泡试验模型，并分别通过所述超空化水翼连接船身。

进一步地，还包括一个空化器，设置在超空泡试验模型的前端，用于稳定空泡形态。

进一步地，所述测试组件包括摄像机和压力传感器。

进一步地，所述通气系统由进气道、压缩机和通气管路组成。

进一步地，所述动力系统为电动螺旋桨。

进一步地，所述超空化水翼采用混合翼型，靠近船身处为低速翼型，靠近超空泡试验模型处为超空化翼型，中间部分采用低速翼型和超空化翼型过渡连接。

进一步地，所述低速翼型为亚声速翼型，所述超空化翼型为尖头钝尾翼型。

本发明还提供了一种超空泡试验方法，采用上述的超空泡试验装置，具体包括以下步骤：

(S1)将超空泡试验装置置于水面，由超空泡试验模型和船体浮力平衡试验装置的重力；