一種艦船氣泡尾流場實驗室模擬裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種艦船氣泡尾流場實驗室模擬裝置，其屬于艦船尾流場的模擬及船池實驗技術領域。
【背景技術】
[0002]水面艦船航行時，會在其尾部形成一條含有大量微小氣泡的尾跡。由于氣泡的存在，尾流場的聲、光等物理特征與周圍普通水域相比存在顯著差異，從而為探測、跟蹤水面艦船提供了良好的目標特征。因此，艦船尾流氣泡場特征研宄具有重要的軍事和民用價值，并已成為魚雷制導、遙感探測等領域的一個熱點。而直接在海上對實船的氣泡尾流場特性及相關探測技術進行檢測和試驗，存在費用高、周期長等諸多不便，特別是海況、氣象等不可控因素嚴重影響測量結果的可信性和規(guī)律性。所以，在實驗室中模擬產生艦船氣泡尾流場，對其物理特性及相關檢測技術開展基礎性研宄，是一種高效的途徑。目前，實驗室中模擬生成氣泡尾流場的方法主要有如下幾種。
[0003]一、電解水法:根據電解水產生氫氣的基本原理，將安放在水中的導電金屬板接直流電源陽極，金屬絲接陰極，通電后在金屬絲上產生與金屬絲直徑相當的氫氣泡，并通過調節(jié)電流改變氣泡的數密度。但該方法無法生成艦船初始尾流中的大尺度氣泡，且能耗巨大，產生的大量氫氣散布于實驗室內易引發(fā)爆炸、火災，構成安全隱患。
[0004]二、化學反應法:即利用化學藥劑與水反應生成氣泡，目前常見的是使用酒石酸和碳酸氫鈉配比的混合物與水劇烈反應生成大量二氧化碳氣泡。但該方法生成氣泡的尺度不易控制，且化學藥劑難以快速均勻的散布于水中，可能形成一個個氣泡密集的孤立“氣穴”，無法模擬氣泡均勻分布的艦船氣泡尾流場。
[0005]三、微孔噴氣法:將壓縮氣體通過微孔陶瓷等多孔材料直接噴入水中形成大量氣泡。但在靜水條件下該方法生成氣泡的直徑很難小于300Mffl，故該法只能生成艦船初始尾流中較大尺度的氣泡，而無法模擬尾流自導魚雷主要探測的中遠程艦船氣泡尾流場。
[0006]四、負壓吸入法:通過專門設計的水翼在水中快速運動或水體流動，在翼面上產生局部負壓，吸入外界空氣后產生微氣泡。但該方法較難控制氣泡的尺度和數密度。
[0007]上述方法除存在各自的不足外，還有一個共同的缺點，即僅產生了尾流中的氣泡而無法模擬艦船運動產生的流場。但實際艦船尾流中，螺旋槳排出流、船體繞流及船興波等因素產生的艦船尾流湍流場對微氣泡的運動特性、存留時間、擴散規(guī)律等均有顯著影響。因此，為更逼真的模擬艦船氣泡尾流場，必須綜合考慮艦船運動產生的氣泡場和湍流場。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明提供一種艦船氣泡尾流場實驗室模擬裝置，旨在克服現有方法的不足，實現對艦船氣泡尾流場初生、擴散、消失的全壽命周期，氣泡場、湍流場有機融合的全要素模擬。
[0009]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種艦船氣泡尾流場實驗室模擬裝置，它包括一個船模，它還包括一個動力裝置、一個舵形微孔陶瓷管和一個供氣裝置，所述動力裝置采用推進電機經傳動軸驅動螺旋槳，在螺旋槳后部的船模上，采用固定架懸掛一個舵形微孔陶瓷管；所述供氣裝置采用氣源依次通過壓力控制閥、氣體流量計、供氣軟管連接位于舵形微孔陶瓷管中的供氣管；所述舵形微孔陶瓷管采用中空薄壁的流線型結構，供氣管通到舵形微孔陶瓷管內部空腔底部，微孔陶瓷管壁密布大小分布均勻、相互連通的橋拱狀開口氣孔，在船模的航速為每秒鐘Im時，橋拱狀開口氣孔的孔徑為0.05-0.15um，微孔陶瓷管壁的壁厚為12-16mm，通入氣體的壓力為0.25-0.35個大氣壓。
[0010]上述的技術方案用于模擬生成艦船氣泡尾流場。船模的線型、舵形微孔陶瓷管的尺寸和形狀、螺旋槳的配置根據模擬的目標船設計和安裝。推進電機通過傳動軸帶動螺旋槳提供船模自航所需的動力，并通過調節(jié)推進電機轉速和船模吃水，實現不同航速、不同裝載條件下艦船尾部模擬流場的生成。舵形微孔陶瓷管通過固定架安裝于船模艉部舵葉處。氣源的出口裝有壓力控制閥，由供氣軟管依次連通的氣體流量計、舵形微孔陶瓷管向艦船尾部模擬流場中注入氣體，生成大量微氣泡，實現氣泡場與湍流場的耦合模擬。舵形微孔陶瓷管的微孔孔徑根據流場中氣泡成長規(guī)律計算確定，并結合壓力控制閥調節(jié)供氣壓力，實現對氣泡尺度分布的控制。通過氣體流量計調節(jié)供氣流量，實現對氣泡數密度的控制。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:這種艦船氣泡尾流場實驗室模擬裝置包括船模、動力裝置、舵形微孔陶瓷管和供氣裝置。動力裝置的推進電機經傳動軸驅動螺旋槳，在船模上采用固定架懸掛舵形微孔陶瓷管，供氣裝置的氣源依次通過壓力控制閥、氣體流量計、供氣軟管連接位于舵形微孔陶瓷管中的供氣管，舵形微孔陶瓷管采用中空薄壁的流線型結構。該模擬裝置克服了只能產生氣泡場而無法模擬艦船尾部流場的不足，使氣泡的運動特性、存留時間、擴散規(guī)律與實船尾流中的情況更為相似。同時，通過流場的剪切作用，加快微孔處氣泡的脫離，減小所述舵形微孔陶瓷管產生氣泡的尺度，從而克服現有微孔噴氣法只能生成較大尺度氣泡的不足，使產生的模擬氣泡尾流場中的氣泡尺度分布與實船尾流中的情況更為相似。綜合上述兩點，該方法可為實驗室中艦船氣泡尾流場特性及相關檢測技術研宄提供與實船尾流更為相似的目標。
【附圖說明】
[0012]下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步說明。
[0013]圖1是一種艦船氣泡尾流場模擬裝置的結構示意圖。
[0014]圖2是舵形微孔陶瓷管的結構示意圖。
[0015]圖中:1、船模，2、螺旋槳，3、傳動軸，4、推進電機，5、舵形微孔陶瓷管，5a、供氣管，5b、上流線型端面，5c、下流線型端面，5d、微孔陶瓷管壁，6、氣源，7、壓力控制閥，8、氣體流量計，9、固定架，10、供氣軟管。
【具體實施方式】
[0016]圖1、2示出了一種艦船氣泡尾流場模擬裝置的結構示意圖。圖中，艦船氣泡尾流場實驗室模擬裝置包括、船模1、動力裝置、舵形微孔陶瓷管5和供氣裝置，動力裝置采用推進電機4經傳動軸3驅動螺旋槳2，在螺旋槳2后部的船模I上，采用固定架9懸掛一個舵形微孔陶瓷管5。供氣裝置采用氣源6依次通過壓力控制閥7、氣體流量計8、供氣軟管10連接位于舵形微孔陶瓷管5中的供氣管5a。舵形微孔陶瓷管5采用中空薄壁的流線型結構，供氣管5a通到舵形微孔陶瓷管5內部空腔底部，微孔陶瓷管壁5d密布大小分布均勻、相互連通的橋拱狀開口氣孔，在船模I的航速為每秒鐘Im時，橋拱狀開口氣孔的孔徑為
0.05-0.15um，微孔陶瓷管壁5d的壁厚為12-16mm，通入氣體的壓力為0.25-0.35個大氣壓。
[0017]采用上述的技術方案，船模I根據所要模擬的目標船的型線加工制成。螺旋槳2根據所要模擬的目標船的螺旋槳配置情況安裝于船模I上。推進電機4安裝于船模I中，由外接電源和電機調速裝置供電和控制，并經傳動軸3連接螺旋槳2，為船模I提供自航所需的動力。舵形微孔陶瓷管5根據所要模擬的目標船的舵葉形狀加工制成，并根據目標船舵葉的安裝位置由固定架9安裝于船模I艉部。氣源6和氣體流量計8放置在船模I上。氣源6的出口安裝壓力控制閥7，再經供氣軟管10依次連接氣體流量計8和舵形微孔陶瓷管5。供氣軟管10的末端與供氣管5a連接。在有拖車設備的專業(yè)船模試驗水池中，進行約束自航實驗時，也可將氣源6、壓力控制閥7和氣體流量計8放置于拖車上。
【主權項】
1.一種艦船氣泡尾流場實驗室模擬裝置，它包括一個船模(I)，其特征是:它還包括一個動力裝置、一個舵形微孔陶瓷管(5)和一個供氣裝置，所述動力裝置采用推進電機(4)經傳動軸(3)驅動螺旋槳(2)，在螺旋槳(2)后部的船模(I)上，采用固定架(9)懸掛一個舵形微孔陶瓷管(5);所述供氣裝置采用氣源(6)依次通過壓力控制閥(7)、氣體流量計(8)、供氣軟管(10)連接位于舵形微孔陶瓷管(5)中的供氣管(5a);所述舵形微孔陶瓷管(5)采用中空薄壁的流線型結構，供氣管(5a)通到舵形微孔陶瓷管(5)內部空腔底部，微孔陶瓷管壁(5d)密布大小分布均勾、相互連通的橋拱狀開口氣孔，在船模(I)的航速為每秒鐘Im時，橋拱狀開口氣孔的孔徑為0.05-0.15um，微孔陶瓷管壁(5d)的壁厚為12_16mm，通入氣體的壓力為0.25-0.35個大氣壓。
【專利摘要】一種艦船氣泡尾流場實驗室模擬裝置，其屬于艦船尾流場的模擬及船池實驗技術領域。該模擬裝置包括船模、動力裝置、舵形微孔陶瓷管和供氣裝置。動力裝置的推進電機經傳動軸驅動螺旋槳，在船模上采用固定架懸掛舵形微孔陶瓷管，供氣裝置的氣源依次通過壓力控制閥、氣體流量計、供氣軟管連接位于舵形微孔陶瓷管中的供氣管，舵形微孔陶瓷管采用中空薄壁的流線型結構。該模擬裝置使氣泡的運動特性、存留時間、擴散規(guī)律與實船的情況更為相似。通過流場的剪切作用，加快微孔處氣泡的脫離，減小舵形微孔陶瓷管產生氣泡的尺度，從而克服現有微孔噴氣法只能生成較大尺度氣泡的不足，使產生的模擬氣泡尾流場中的氣泡尺度分布與實船尾流中的情況更為相似。
【IPC分類】G01M10-00
【公開號】CN104776975
【申請?zhí)枴緾N201510165317
【發(fā)明人】田恒斗, 王運龍, 苑志江, 房毅, 李兵, 邢陽陽
【申請人】中國人民解放軍91439部隊, 大連理工大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月9日