技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流動控制領(lǐng)域，具體是一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置。

背景技術(shù)：

當水下航行體高速運動時，在一定條件下會產(chǎn)生空泡現(xiàn)象?？张莠F(xiàn)象通常是指在液體流場的低壓區(qū)，當其局部壓力達到液體的飽和蒸汽壓時, 液體介質(zhì)因氣化而出現(xiàn)“空洞”, 我們把這一“空洞”稱為“空泡”。一般而言，對于流場包裹的水下航行體，當產(chǎn)生的空泡長度小于該航行體長度時稱為局部空泡；而當產(chǎn)生的空泡長度達到或超過該航行體的長度時稱為超空泡。

超空泡由于尺度大于航行體，將整個航行體包裹在其內(nèi)部，使得航行體與水體的接觸面積減到最小，從而大大降低了水體對航行體的粘性阻力，減阻率可達90%以上。自二十世紀50年代以來，各國已開始著手研究超空泡技術(shù)來為魚雷、水下射彈增加射速與射程，如蘇聯(lián)海軍在1977年推出一種火箭推進魚雷, 這種叫“暴風” (也有翻譯叫“颶風”)的魚雷航行時被包在一個自動生成的氣體空泡中, 能以100m /s的速度破水“飛行”，航程可達15Km。

對于帶空泡的水下航行體的運動隨著速度的衰減存在四種穩(wěn)定模式：（1）與空泡內(nèi)的蒸汽及射流相互作用（航速約 900m/s～1000m/s 或更高）。（2）與空泡邊界發(fā)生碰撞作用（航速約 300m/s～900m/s）。（3）沿著空泡內(nèi)壁滑移（航速約50m/s～200m/s）（4）雙空泡流動狀態(tài)（航速約 0～ 70m/s）。對于前三種狀態(tài)，整個航行體都被包裹在空泡中，處于超空泡狀態(tài)，而當由狀態(tài)（3）進入狀態(tài)（4）時，隨著速度的衰減，空泡從航行體中后部開始向頭部和尾部萎縮，形成頭部和尾部兩個局部空泡，沾濕面積增大，阻力增大。

中國專利200710038780.9公開了一種水下航行體電磁加熱空化裝置，該裝置利用電流使分子高速無規(guī)則運動，分子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，溫度迅速升高，使得空化器的溫度提高，導致空化器周圍的水溫達到或超過汽化溫度而發(fā)生汽化，從而在航行體周圍形成氣泡。這種方式在航行體高速運動下對水流加熱效率低，適用范圍窄，同時對產(chǎn)生的電磁力未加以控制，應(yīng)用不善會導致增阻。

中國專利201510884379.1公開了一種人工通氣超空泡魚雷的減阻—推進一體化構(gòu)型，改變傳統(tǒng)的魚雷結(jié)構(gòu)，去掉了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中頭部的空泡發(fā)生器，改為

將魚雷的頭部做為平面，去掉位于魚雷尾部的發(fā)動機噴管，改為四個小型發(fā)動機噴管，設(shè)置在魚雷的前端。這種方式對魚雷外形改動大，發(fā)動機噴管設(shè)置在前端易導致魚雷動力不足，適用范圍窄。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置，通過利用電流對電解質(zhì)（海水）的電解作用以及電磁力對電流的力學作用，優(yōu)化超空泡水下航行體的設(shè)計，延長超空泡的持續(xù)時間并增加動力，達到有效減阻增加航速與航程的目的。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置，包括若干環(huán)形單元，環(huán)形單元安裝在航行體尾部，單元沿航行體軸向緊密排列，每個單元的磁體和電極的排布對應(yīng)一致。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：（1）本發(fā)明電極設(shè)計思路能在電極接觸海水（電解質(zhì)）時，對海水產(chǎn)生電離作用從而產(chǎn)生氣泡，補充氣囊，增加超空泡的持續(xù)時間從而減阻增程。（2）本發(fā)明在航行體后期超空泡萎縮，導致與海水接觸電極時才會通電工作，而在航行體前期超空泡完整時，不接觸海水不工作。被動實時觸發(fā)，節(jié)省電能。（3）本發(fā)明的磁體排布方式能使磁場對通電的海水產(chǎn)生向航行體尾部的推力，從而增加航行體的動力。（4）整體裝置嵌在航行體中，不改變航行體的基本外形，應(yīng)用范圍廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于高速水下航行體的電磁減阻裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明用于高速水下航行體的電磁減阻裝置中磁體與電極的局部示意圖（徑向視圖a與軸向剖視圖b）。

具體實施方式

本發(fā)明一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置，包括磁體5、電極6、固定框7、直流電源8，磁體的磁極方向與航行體徑向平行，若干個磁體和若干個電極繞航行體依次間隔設(shè)置成環(huán)形排列，相鄰的兩個磁體頂部極性相反。電極的高度等于磁體的高度，電極和磁體設(shè)有固定框，通過固定框?qū)⒀b置固連，同時將本裝置與航行體外殼、磁體與電極隔離，若干個電極分別通過導線與航行體內(nèi)的直流電源連接。整體嵌在航行體中，不改變航行體的基本外形。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結(jié)合圖1（整體簡圖）和圖2（單元徑向視圖與軸向剖視圖），一種用于高速水下航行體的電磁減阻裝置，整個裝置由若干環(huán)形單元組成，安裝在航行體尾部，單元沿航行體軸向緊密排列，每個單元的磁體和電極的排布要對應(yīng)一致。單元具體數(shù)目可由實際工程需要確定。

每個單元包括磁體5、由碳制成的電極6、固定框7、直流電源8以及若干導線，磁體5與電極6沿航行體徑向呈環(huán)狀間隔排列，放置在由絕緣材料制成的固定框7中。其數(shù)量根據(jù)實際使用情況決定。

固定框7整體為環(huán)狀，在圈內(nèi)設(shè)置柵格緊密放置磁體和電極，以此將磁體和電極隔開同時固定磁體和電極的位置。固定框緊密套在航行體上。

相鄰的兩個磁體5頂部極性相反。相鄰兩個電極6極性相反。電極與磁體外形一致，磁體與電極的尺寸相同。

電極6正極與負極分別與直流電源8的正極與負極通過導線匹配連接，電源8放置在航行體內(nèi)部。

電源8采用紐扣電池以縮小體積。

每個單元的厚度約為環(huán)寬的1-2倍。

結(jié)合圖1，當航行體1在水下高速運動時，在初期首先會在其頭部2區(qū)域和尾部3區(qū)域產(chǎn)生空泡，形成雙空泡流動狀態(tài)，然后頭部空泡迅速向尾部發(fā)展過渡到沿空泡內(nèi)壁滑移的狀態(tài)，如果速度夠高會達到與空泡內(nèi)的蒸汽和射流相互作用的狀態(tài)。當速度衰減時，氣囊萎縮，海水從靠近尾部的中后部開始漸漸浸濕航行體，此處正是本發(fā)明裝置所放置的位置。

海水一旦浸濕本裝置，由于海水電解質(zhì)的屬性會立刻導致電極被接通，根據(jù)電磁力F的定義：F=J×B，其中J為電極所產(chǎn)生的電流密度，B為磁場的磁感應(yīng)強度，根據(jù)右手定則可知各相鄰電極與相鄰磁體相互作用產(chǎn)生對海水沿航行體軸向指向尾部的電磁力，一方面其反作用力作用于航行體增加推進動力，另一方面推離海水減小粘性阻力。

同時，由于海水作為導電介質(zhì)，通電后會被電離，產(chǎn)生新的氣體，對氣囊中的氣體進行補充，使得超空泡狀態(tài)持續(xù)時間充分延長。