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空化增益在超空泡武器上的应用

陈岩  
【摘要】:水下物体的空气泡层使运动体所承受的阻力要比通常的全环流运动体所受到的液体动力阻力低1-2数量级,因此水下运动体的速度将成倍或十倍地提高,这必将极大增强水中兵器的打击能力。 空化是水流或液流在低压处突然发生的空泡(汽化或气化空穴)现象,空化的初生(Cavitation Inception)不仅与液体的汽化压力有关,还与液体中气核的大小和数量有直接关系。水中微气泡和水中夹杂的固态微颗粒都是产生空化的气核,在自然界中河水或海水中,微气泡是气核的主要成分。基于游移空化气泡是气核微气泡发展形成的理念,因此气核大小和总数对空化发生事件率会有很大关系,从而对初生空化数必有重要影响。 本文重点在于经过分析提出: 1、采用人工注入气核的方法,即在空化器前端配备气核产生系统。通过人为增设装置,实现空化器前方即将路径上液体中微小气核浓度的增加,使得空化器的初生空化数增大,以达到有益于空化器实现空化的目的。 2、在分析气核大小和数量对空化初生的有关问题中,存在物面对气泡的屏蔽效应(Screening Effects)值得注意。 3、减弱物面对气泡的屏蔽效应的解决办法是:利用空化气泡动力学对近固壁面的空化气泡生长和溃灭进行深入分析,大气泡在近固壁面处崩溃过程中会变成小气泡,同时在某些环境下,同一气泡崩溃后,又反弹,然后再一次崩溃。经过空化器固定壁面的撞击溃破裂灭后,使大气泡碎裂成小气核,从而使得单位液体中气核的浓度增加,这一个浓度变化可以对空化产生巨大的影响。 4、文末提出减少空化器能量损耗的办法:引入涡空化原理。对涡空化进行了分析得出:涡空化在超空泡系统上的应用中具备减少高速体高速运行中的能量损耗的能力。 本项目研究成果将改善水下兵器的运动性能,增加突防打击能力;改善了航行体的续航能力。


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