一种冰孔约束下水下航行体出水试验装置及试验方法

本申请涉及航行体水下垂直发射试验领域，特别涉及一种冰孔约束下水下航行体出水试验装置及试验方法。

背景技术：

1、高速水下航行体出水问题在工程中及军事上均有相当大的研究价值及应用前景。水下航行体的发射过程是一个典型的非定常空化流动及其与固壁、自由面的相互作用问题。水下航行体出筒过程会产生空泡，在水中航行阶段，空泡会不断演化、脱落，直至出水阶段产生溃灭，给航行体载荷预测及姿态调整造成了较大困难。

2、而对于在冰盖下发射的水下航行体，其还涉及从冰面约束孔中出水的技术问题。冰孔尺寸会影响出水表面附近的空气流量，对空泡溃灭产生较大影响，进一步增大水下航行体出水载荷的不确定性。

3、目前，对于冰孔约束下的水下航行体出水实验还是处于模拟计算为主的阶段，当需要进行实物测试时，会将水下航行体放置于真实的冰盖下进行发射，根据实验目的的不同在冰盖中真实开挖冰孔。但明显的，在冰盖上开挖冰孔费时费力，不便于随时更换冰孔口径，而且冰盖在长时间使用下还会融化，实验过程非常不便。

技术实现思路

1、本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种冰孔约束下水下航行体出水试验装置及试验方法，便于调节冰孔大小，便于模拟不同的冰孔约束下的水下航行体出水状况。

2、根据本申请第一方面实施例，提供一种冰孔约束下水下航行体出水试验装置，包括：

3、箱体，所述箱体的侧面开设有透明的观察窗，所述箱体的顶部敞开并向内延伸有承托部；

4、冰孔模拟装置，所述冰孔模拟装置包括机壳、传动齿轮、齿环、叶片和驱动件，所述机壳呈环形并被所述承托部所支撑，所述传动齿轮的数量有多个并呈圆周阵列地排布于所述机壳内，所述传动齿轮与所述机壳转动连接，所述齿环在所述机壳内转动连接并与各个所述传动齿轮啮合；所述叶片的数量与所述传动齿轮一致且一一对应设置，所述叶片的一端与所述传动齿轮连接；所述驱动件驱动所述传动齿轮转动；

5、发射装置，所述发射装置包括发射管、发射口电磁阀和储气罐，所述发射管安装在所述箱体的底部，待发射的水下航行体被放置在所述发射管内，所述发射口电磁阀安装于所述发射管的管口处，所述储气罐内的高压气体充入所述发射管以向所述水下航行体施加向上运动的作用力，所述发射口电磁阀用于控制所述发射管的启闭；

6、水箱盖，所述水箱盖覆盖在所述箱体的顶部，所述水箱盖用于密封所述箱体，利用真空机调整箱体内部的整体气压；

7、摄像机，所述摄像机架设于所述箱体旁并透过所述观察窗观察所述箱体内的情况；

8、其中，所述传动齿轮的转动能够驱使所述叶片向所述箱体内伸出，各个所述叶片所围成的孔构成所要模拟的冰孔，所述箱体内盛装有水，所述水下航行体受高压气体的驱动从水中跃出并穿过各个所述叶片所围成的孔以完成出水试验。

9、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述叶片呈圆弧状且其半径与所述箱体顶部开口的半径相同。

10、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述驱动件具体为电机，其中一个所述传动齿轮为主动齿轮，其他的所述传动齿轮为从动齿轮，所述电机的输出轴与所述主动齿轮连接并驱动其转动。

11、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述驱动件具体为扳手，其中一个所述传动齿轮为主动齿轮，其他的所述传动齿轮为从动齿轮，所述主动齿轮开设有用于使所述扳手插入的孔，通过转动所述扳手能够驱使所述主动齿轮转动。

12、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述水箱盖向外凸出以预留出所述水下航行体穿出所述冰孔模拟装置后的滞空空间。

13、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述水箱盖呈半球状。

14、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述箱体连接有进水管和出水管，所述进水管和所述出水管均连接至蓄水池，通过控制流入所述进水管的水以及从所述出水管排出的水能够调整所述箱体内的水位高度。

15、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述发射装置还包括进气电磁阀，所述进气电磁阀与所述储气罐连接以控制所述储气罐与所述发射管的连通。

16、根据本申请第一方面实施例，进一步地，所述发射装置还包括弹托，所述弹托成对设置并且均与所述发射管的侧面滑动连接，所述弹托的端部呈弧形并且与所述水下航行体抵接，成对的所述弹托将所述水下航行体固定于所述发射管中。

17、根据本申请第二方面实施例，提供一种基于上述冰孔约束下水下航行体出水试验装置的试验方法，包括：

18、将所述箱体放置于支架底座上，检查所述箱体是否有裂缝和破损；

19、将所述水下航行体安装于所述发射管内；

20、对所述箱体注水直至水位到达实验水位；

21、将所述摄像机架设于所述观察窗窗前；

22、启动所述驱动件，各个所述传动齿轮转动并带动所述叶片移动，调节各个所述叶片所围出的孔洞大小；

23、打开所述储气罐通向所述发射管的通路，提升所述发射管内的气压；

24、开启所述发射口电磁阀，所述水下航行体从所述发射管射出并穿过由各个所述叶片所围出的孔洞，同时所述摄像机记录所述水下航行体出水时的状况，完成冰孔约束下所述水下航行体的出水试验。

25、本申请实施例的有益效果至少包括：本申请通过旋转各个叶片调整其所围出的孔洞大小，从而模拟不同尺寸的冰孔直径；孔洞的大小通过驱动件驱动传动齿轮转动即可完成，调整简单快捷而且避免了传统实验方法中冰盖自然融化的问题。

技术特征：

1.一种冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于：所述叶片呈圆弧状且其半径与所述箱体顶部开口的半径相同。

3.根据权利要求1所述的冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于：所述驱动件具体为电机，其中一个所述传动齿轮为主动齿轮，其他的所述传动齿轮为从动齿轮，所述电机的输出轴与所述主动齿轮连接并驱动其转动。

4.根据权利要求1所述的冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于：所述驱动件具体为扳手，其中一个所述传动齿轮为主动齿轮，其他的所述传动齿轮为从动齿轮，所述主动齿轮开设有用于使所述扳手插入的孔，通过转动所述扳手能够驱使所述主动齿轮转动。

5.根据权利要求1所述的冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于：所述水箱盖向外凸出以预留出所述水下航行体穿出所述冰孔模拟装置后的滞空空间。

6.根据权利要求5所述的冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于：所述水箱盖呈半球状。

7.根据权利要求1所述的冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于：所述箱体连接有进水管和出水管，所述进水管和所述出水管均连接至蓄水池，通过控制流入所述进水管的水以及从所述出水管排出的水能够调整所述箱体内的水位高度。

8.根据权利要求1所述的冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于：所述发射装置还包括进气电磁阀，所述进气电磁阀与所述储气罐连接以控制所述储气罐与所述发射管的连通。

9.根据权利要求1所述的冰孔约束下水下航行体出水试验装置，其特征在于：所述发射装置还包括弹托，所述弹托成对设置并且均与所述发射管的侧面滑动连接，所述弹托的端部呈弧形并且与所述水下航行体抵接，成对的所述弹托将所述水下航行体固定于所述发射管中。

10.一种基于权利要求1至9中任一所述冰孔约束下水下航行体出水试验装置的试验方法，其特征在于，包括：

技术总结
本申请公开了一种冰孔约束下水下航行体出水试验装置及试验方法，本试验装置包括箱体、冰孔模拟装置、发射装置和摄像机。其中箱体为本冰孔约束下水下航行体出水试验装置的主体结构，其内部用于进行水下航行体的出水试验。冰孔模拟装置用于模拟不同的冰盖冰孔，发射装置用于将水下航行体射出，摄像机用于记录试验过程以供后续进行分析。本申请通过旋转各个叶片调整其所围出的孔洞大小，从而模拟不同尺寸的冰孔直径；孔洞的大小通过驱动件驱动传动齿轮转动即可完成，调整简单快捷而且避免了传统实验方法中冰盖自然融化的问题。本申请涉及航行体水下垂直发射试验领域。

技术研发人员：孙鹏楠,吴睿麟,刘念念,彭玉祥,孟子飞,黄晓婷
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23