专利名称：水下高速航体通入过热蒸汽致超空化的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减小水中高速航体阻力的方法和装置，特别是一种水下高速航体的通入过热蒸汽致超空化的方法和装置。
背景技术：
推进水下航行体所需的动力与其速度的立方成正比，也就是说，要想使传统的鱼雷在水中的速度提高一倍，就必须使其推进动力达到原来的8倍。因此传统鱼雷的航速通常很难突破60节(约30m/s)，大多在25-30节左右。正当科学家们为提高鱼雷速度而绞尽脑汁的时侯，却意外地发现一个十分有效的方法，就是利用原本“不受欢迎”的空泡。前苏联(莫斯科应用流体力学研究所和乌克兰流体力学研究所与前苏联国内工业界协作)于1977年研制成功的第一代“暴风雪”(也有人译成“狂风”或“风雪”等)超高速鱼雷，为人类突破传统鱼雷的速度瓶颈另辟捷径，它利用空泡理论当压力低于或等于饱和压力时，潜体周围的介质由液体水，经过相变全部或部分汽化为水蒸汽，形成一个可更新的、随潜体一起高速运动的气体包络，由于汽的密度远远小于水的密度，潜体前进时与周围介质之间产生的表面粘性力大为下降，潜体在空泡中前进的阻力大约只是在水中前进阻力的数百分之一，因此潜体在水下运动就像在大气中运动一样快捷。第一代“暴风雪”的航速为200节(约100m/s)，其改进型的航速已达到400节(约200m/s)。“暴风雪”鱼雷有水下导弹之称，如此快速的鱼雷，即使只采用直航弹道攻击目标，敌方舰艇通常也是很难规避防范的。
如图2，1为航体头部，当航体在水中高速前进时，头部压力增大，头部过后，由于流场中局部速度增大，压力迅速降低，当达到该温度下水的饱和压力时，水就会变成为汽，产生自然空化汽泡。由于水蒸汽的密度比水的密度小很多，航体在汽泡中前进时受到的粘性阻力比在水中要小得多。然而，由于自然空化泡实现的难度大，科学家发现，在头部附近，当通入空气后，自然空泡容易转变为超空泡包裹航行体前进，并且，导入空气后，空泡易于稳定。但通入空气则无助于自然空化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水下高速航体通入过热蒸汽致超空泡的方法和装置，将过热蒸汽通入空泡内形成稳定性好的超空泡，提高航速。
为了达到上述发明目的，本发明的构思是对于工质水，由其热力性质可知，温度提高后，饱和压力提高，这就意味着航体周围的水更容易被空化。
例如，摄氏0度的水，其饱和压力为0.0006108MPa，当温度提高到摄氏100度时，其饱和压力大大提高，变为0.10131MPa，当温度提高到摄氏300度时，其饱和压力大大提高到8.592MPa。因此，当通入摄氏100度0.000618Mpa的过热蒸汽至摄氏0度压力为0.0006108Mpa的空泡内，空泡内温度会迅速提高，饱和压力也会迅速提高，原空泡周围高于0.0006108Mpa的水会迅速汽化为水蒸汽，使得空泡迅速增大而成为超空泡。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案一种水下高速航体通入过热蒸汽致超空化的方法，利用加热方法使水汽化成过热水蒸汽，将过热水蒸汽通入航体周围的空泡内，促进高速航体周围的自然空化和自然空泡转变为超空泡，得到稳定性好的超空泡，从而大大减小水中航体表面的摩擦阻力，提高航体速度。
上述的利用加热方法是利用高温燃气、或固体燃料、或液氢+液氧、电、微波或电磁加热的加热方法。
上述的过热蒸汽的温度高于自然空化时的饱和温度0.01～1000摄氏度。
一种水下高速航体通入过热蒸汽致超空化装置，包括航体，其特征在于航体内腔装置有一个将水加热致过热水蒸汽的加热器，加热器连通一个过热水蒸汽腔室，过热水蒸汽腔室通过导汽环以与航体侧壁成向后倾角接通航体周围的空泡。
上述的加热器为高温燃气、或固体燃料、或液氢+液氧、或电加热器。
上述的倾角为1～30度。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点本发明采用通入过热蒸汽的方法，使航体周围的自然空泡周围的水高于饱和温度，促进航体周围的水发生汽化，在航体周围形成超气泡，航体前进时，气泡不断更新，水中航体不直接与水接触，而是在气泡中高速前进，从而大大减小水中航体表面的摩擦阻力，提高航体速度。
附图是本发明的水下高速航体通入过热蒸汽致超空化装置的结构示意图。
具体实施例方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下本水下高速航体通入过热蒸汽致超空化的方法是利用加热方法使水汽化成过热水蒸汽，将过热水蒸汽通入航体周围的空泡内，促进高速航体周围的自然空化和自然空泡转变为超空泡，得到稳定性好的超空泡，从而大大减小水中航体表面的摩擦阻力，提高航体速度。所述的加热方法是利用高温燃气、或固体燃料、或液氢+液氧、电、微波或电磁加热的加热方法。所述的过热蒸汽的温度高于自然空化时的饱和温度0.01～1000摄氏度。在上述的各种加热方法和上述的过热蒸汽温度范围，具体实施例取过热蒸汽温度为150℃、200℃、500℃和1000℃，均能达到预想的良好结果。
参见附图，本水下高速航体通入过热蒸汽致超空化装置，包括航体1，其特征在于航体1内腔装置有一个将水加热致过热水蒸汽的加热器4，加热器4连通一个过热水蒸汽腔室5，过热水蒸汽腔室5通过导汽环2以与航体1侧壁成向后倾角α接通航体1周围的空泡3。上述的加热器4为高温燃气加热器、或固体燃料加热器、或液氢+液氧加热器、电、微波或电磁加热器。上述的倾角α为1～30度。在上述的各种加热器和上述的倾角α范围，具体实施例取α＝1°、5°、10°、15°和30°，均能达到预想的良好结果。
权利要求
1.一种水下高速航体通入过热蒸汽致超空化的方法，利用加热方法使水汽化成过热水蒸汽，将过热水蒸汽通入航体周围的空泡内，促进高速航体周围的自然空化和自然空泡转变为超空泡，得到稳定性好的超空泡，从而大大减小水中航体表面的摩擦阻力，提高航体速度。
2.根据权利要求1所述的水下高速航体通入过热蒸汽致超空化的方法，其特征在于所述的利用加热方法是利用高温燃气、或固体燃料、或液氢+液氧、电、微波或电磁加热的加热方法。
3.根据权利要求1所述的水下高速航体通入过热蒸汽致超空化的方法，其特征在于所述的过热蒸汽的温度高于自然空化时的饱和温度0.01～1000摄氏度。
4.一种水下高速航体通入过热蒸汽致超空化装置，包括航体(1)，其特征在于航体(1)内腔装置有一个将水加热致过热水蒸汽的加热器(4)，加热器(4)连通一个过热水蒸汽腔室(5)，过热水蒸汽腔室(5)通过导汽环(2)以与航体(1)侧壁成向后倾角(α)接通航体(1)周围的空泡(3)。
5.根据权利要求4所述的水下高速航体通入过热蒸汽致超空化装置，其特征在于所述的加热器(4)为高温燃气、或固体燃料、或液氢+液氧、电、微波或电磁加热器。
6.根据权利要求4所述的水下高速航体通入过热蒸汽致超空化装置，其特征在于所述的倾角(α)为1～30度。
全文摘要
本发明涉及一种水下高速航体通入过热蒸汽致超空化的方法和装置。它利用燃气或其他燃料加热水而成过热蒸汽，将过热蒸汽导入自然空泡内，在航体周围形成稳定性好的气泡，航体前进时，气泡不断更新，水中航体不直接与水接触，而是在气泡中高速前进，从而大大减小水中航体表面的摩擦阻力，提高航体速度。
文档编号B63B1/38GK1847084SQ20061002622
公开日2006年10月18日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者黄典贵 申请人:上海大学