超空泡减阻技术简介

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1、超空泡减阻技术简介船舶与海洋工程前沿技术讲座HarbinEngineeringUniversity库尔斯克号沉没之谜俄罗斯“库尔斯克”号多用途战役导弹核潜艇是由俄“王牌”武器设计局－“红宝石”设计局设计的，潜艇上的许多设计方案都是世界上独一无二的。该艇由俄北德文斯克造船厂制造，1994年5月下水，1995年1月正式加入俄北方舰服役，为“奥斯卡‖”级核潜艇，是俄海军最新的战略核潜艇之一，也是当今世界最大的核潜艇之一，造价10亿美元的库尔斯克号核潜艇，是俄罗斯最先进的防御武器。它有两座核反应堆，潜艇长150米，有6层楼高，体积达到了

2、大型喷气式客机的两倍以上。库尔斯克号拥有独特的双壳艇身和9个防水隔舱，即使被鱼雷直接击中也不会沉没。2000年8月12日上午，一阵猛烈的爆炸发生在库尔斯克号上，这场危机为什么发展得如此之快，竟使潜艇来不及浮出水面？为什么没有人生还？伊朗试射神秘潜射导弹2006年4月2日，伊朗在波斯湾海域举行大规模军演时发射一枚名为“鲸”（波斯语“胡特”）的高速鱼雷。该鱼雷从一艘水面舰艇上发射，入水后以极快的速度（100米/秒）成功击沉一艘靶舰。从该鱼雷的外形、速度、发射尾焰和气泡轨迹来看，都与俄罗斯的“暴风”超空泡鱼雷相似。专家普遍认为，这是一

3、种超空泡鱼雷，由此也引发世人对超空泡武器的关注。超空泡减阻技术主要内容超空泡中的基本概念超空泡中的关键技术超空泡技术的研究方法超空泡中的基本概念超空泡现象概述超空泡发展过程超空泡形成方法超空泡减阻技术空化概念液体绕物体快速运动时压力会下降，这一规律瑞典科学家伯努利在1895年就发现了，这就是今天流体动力学上的“伯努利定律”。随着速度的增加，当液体压力等于水蒸气压力时，液体便由水相变为气相，形成水蒸气。空泡会使水流发生畸变，从而损失水泵、涡轮水翼和推进器的使用效率，还可能导致强冲击波的出现，引起金属面的腐蚀。舰船设计师经常要与制造

4、麻烦的空泡打交道，试图避免出现空泡现象，如将船体设计成流线型等。空化对于水利机械的影响插入空化影响图片超空泡技术概述当航行体与水之间发生高速相对运动时，航行体表面附近的水因低压而发生相变，形成覆盖航行体大部分或全部表面的超空泡。形成超空泡之后，航行体将在气体中航行，由于航行体在水中的摩擦阻力约为在空气中摩擦阻力的850倍，因此，超空泡技术的应用可以使水下航行体的摩擦阻力大幅减小，从而使鱼雷等大尺度水下航行体的速度提高到100m/s的量级，使水下射弹等小尺度水下航行体的航速提高到1000m/s的量级超空泡发展过程当航行体在流体中高

5、速运动时，航行体表面的流体压力就会降低，当航行体的速度增加到某一临界值时，流体的压力将达到汽化压，此时流体就会发生相变，由液相转变为汽相,这就是空化现象。随着航行体速度的不断增加，空化现象沿着航行体表面不断后移、扩大、进而发展成超空化。其发展过程一般可以分为四个状态：游离型空泡、云状空泡、片状空泡和超空泡。水翼表面产生的空泡形态导弹表面产生的空泡形态超空泡形态特性超空泡形成方法超空泡分为自然超空泡和通气超空泡两种，形成超空泡一般有三种途径：1）提高航行体的速度；2）降低流场压力；3）在低速情况下，利用人工通气的方法增加空泡内部压

6、力。前两种方法形成的为自然超空泡，最后一种方法所得到的就是所谓的通气超空泡。自然超空泡形态特性弹体入水时速度最大，空泡数最小，超空泡稍微滞后达到最大尺寸；随着速度逐渐降低，空泡数逐渐增大，超空泡的尺寸逐渐减小；当弹体速度降低到较小值时，超空泡的边界逐渐模糊、蜕化为局部空泡；速度继续降低，则空泡进一步剥离溃灭气泡融入尾流，直至消失。通气超空泡形态特性通气开始时在空化器后形成一个有大量气泡组成的游移型空泡，当通气量足够大以至气泡密度达到某一临界值时，游移型空泡转变为椭球形的附着空泡，在附着空泡内部可以看到剧烈的回注射流向前发展并与通

7、入的气体相互作用形成雾状多相流区域，使得附着空泡看上去比较混浊。继续增加通气量使得通气空泡数降低到某一阀值后，空泡长度和厚度突然明显增加，由混浊的局部空泡转变为覆盖模型大部分表面的透明的超空泡。自然超空泡与通气超空泡区别需要指出的是虽然通气空泡由超空泡、附着空泡到游移空泡的溃灭过程与生成过程类似，但是两者并非可逆的，溃灭过程与生成过程相比存在滞后效应。如上所述，当局部空泡转变为超空泡时存在某一临界空泡数，与之相对应存在某一临界通气量。所谓滞后效应是指生成过程中形成超空泡所需的临界通气量大于溃灭过程中超空泡消失时的临界通气量。滞后

8、效应的形成原因可能与通气超空泡产生的自激振有关。现有的减阻技术脊装表面减阻起源于仿生学对鲨鱼等鱼类表皮的研究，通过在研究对象外表面加工具有一定形状尺寸的脊状结构，就能达到很好的减阻效果。根据脊状结构的分布规律与流体流速方向的不同，该减阻方法又可分为随性波表面减阻