[发明专利]一种抑制水下航行体结构物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结构物表面空化现象的流动控制方法，所述方法将脱体结构物固定在距离水下航行体结构物表面一定距离处，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；B：空泡初生位置处控制；C：空泡区内部控制；D：空泡回射位置处控制；E：空泡下游控制。本发明通过在水下航行体结构物表面安装脱体结构物，一方面阻碍来流在水下航行体结构物表面的局部加速，增加位于脱体结构物上游区域的压力，从而达到推迟甚至消除空化现象的目的；另一方面通过在脱体结构物背水面产生空化，相当于将空化区转移至脱体结构物上，以改善水下航行体结构物的空化现象。

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结构物表面空化现象的流动控制方法。

背景技术

以水翼为例，为了控制水下航行体结构物表面空化现象，以到达改善其水动力特性、减小空蚀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、采用水翼水动力外形优化的方法虽然可以在一定空化数下减弱至消除空化现象，但是其控制效果有限。

2、局部粗糙表面容易受污染物覆盖以及受来流冲刷和磨损而失去控制效果。

3、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在水翼表面，从而会产生一定的附加阻力，且结构可靠性较低，如发生脱落等。

4、局部沟槽结构会削弱水翼结构强度，而加厚水翼则往往使得其水动力特性显著下降。

5、射流技术则需要专门的供气或供水管路，尤其是在水翼内部布置复杂的管路时，其结构强度大幅降低，结构可靠性难以保证，且管路系统还需与驱动系统（如电机、泵等）组合，系统较为复杂。

随着水翼局部速度的提高和压力的下降，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、结构可靠性以及隐身特性。空泡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。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。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，还会使得水翼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

为了消除或减弱水下航行体结构物表面的空化现象，本发明提供了一种抑制水下航行体结构物表面空化现象的流动控制方法，通过在水下航行体结构物表面安装脱体结构物，一方面阻碍来流在水下航行体结构物表面的局部加速，增加位于脱体结构物上游区域的压力，从而达到推迟甚至消除空化现象的目的；另一方面通过在脱体结构物背水面产生空化，相当于将空化区转移至脱体结构物上，以改善水下航行体结构物的空化现象。

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结构物表面空化现象的流动控制方法，将脱体结构物固定在距水下航行体结构物表面一定距离处，该距离应小于脱体结构物沿流向特征长度的10倍，距离若大于该数值后，脱体结构物将不会对航行体结构物表面流动产生影响。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

脱体结构物固定在水下航行体结构物空泡初生位置上游区域且距水下航行体结构物壁面的距离小于脱体结构物沿流向特征长度的10倍；

B：空泡初生位置处控制

脱体结构物固定在与水下航行体结构物空泡初生相同轴向位置的区域且距水下航行体结构物壁面的距离小于脱体结构物沿流向特征长度的10倍；