專利名稱：水下航行體激光加熱空化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉水下航行體空化裝置，尤其是一種提高魚雷等水下航行體航速的激光加熱空化裝置。
背景技術(shù)：
目前，推進(jìn)航行所需的動(dòng)力與其速度的立方成正比，也就是說，要想使傳統(tǒng)的魚雷在水中的速度提高一倍，就必須使其推進(jìn)動(dòng)力達(dá)到原來的8倍。因此傳統(tǒng)魚雷的航速通常很難突破60節(jié)(約30m/s)，大多在25-30節(jié)左右。正當(dāng)科學(xué)家們?yōu)樘岣唪~雷速度而絞盡腦汁的時(shí)侯，卻意外地發(fā)現(xiàn)一個(gè)十分有效的方法，就是利用原本“不受歡迎”的空泡。前蘇聯(lián)(莫斯科應(yīng)用流體力學(xué)研究所和烏克蘭流體力學(xué)研究所與前蘇聯(lián)國(guó)內(nèi)工業(yè)界協(xié)作)于1977年研制成功的第一代“暴風(fēng)雪”(也有人譯成“狂風(fēng)”或“風(fēng)雪”等)超高速魚雷，為人類突破傳統(tǒng)魚雷的速度瓶頸另辟捷徑，它利用空泡理論當(dāng)壓力低于或等于飽和壓力時(shí)，潛體周圍的介質(zhì)由液體水，經(jīng)過相變?nèi)炕虿糠制癁樗羝纬梢粋€(gè)可更新的、隨潛體一起高速運(yùn)動(dòng)的氣體包絡(luò)，由于汽的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水的密度，潛體前進(jìn)時(shí)與周圍介質(zhì)之間產(chǎn)生的表面粘性力大為下降，潛體在空泡中前進(jìn)的阻力大約只是在水中前進(jìn)阻力的數(shù)百分之一，因此潛體在水下運(yùn)動(dòng)就像在大氣中運(yùn)動(dòng)一樣快捷。第一代“暴風(fēng)雪”的航速為200節(jié)(約100m/s)，其改進(jìn)型的航速已達(dá)到400節(jié)(約200m/s)。“暴風(fēng)雪”魚雷有水下導(dǎo)彈之稱，如此快速的魚雷，即使只采用直航彈道攻擊目標(biāo)，敵方艦艇通常也是很難規(guī)避防范的。
如圖2，上述現(xiàn)有技術(shù)采用一種空化裝置“1”產(chǎn)生空泡，該裝置位于航體“2”的頭部，水經(jīng)過該空化裝置后會(huì)形成局部低壓區(qū)，當(dāng)達(dá)到該溫度下水的飽和壓力時(shí)，水就會(huì)變成為汽，產(chǎn)生自然空化汽泡“3”。但現(xiàn)有技術(shù)的空化裝置產(chǎn)生的自然空泡比較小，通常還需要對(duì)自然空泡注入燃燒廢氣或空氣以增大空泡，才能將整個(gè)水下航行體全部覆蓋。這樣，極大地減小了航行體運(yùn)動(dòng)過程中與水之間的粘性阻力。然而，盡管形成超空泡，這種超空泡航行體的頭部的空化器“1”始終直接與水接觸，受到水的很大壓力，該壓力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，使航行體速度難以進(jìn)一步大幅提高。對(duì)航行體來說，它是超空泡航行體阻力的主要來源，也是限制超空泡航行體速度進(jìn)一步提高的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種水下航行體空化裝置，通過激光加熱航體頭部的水，導(dǎo)致水溫升高達(dá)到或超過汽化溫度而發(fā)生空化，使得水下航行體整體全部被包裹在超空泡中。
為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種水下航行體激光加熱空化裝置；其特征在于在航行體內(nèi)安裝有激光器，激光器發(fā)射的激光聚焦于航行體的頭部，加熱航行體頭部的水，使水溫度迅速升高，導(dǎo)致聚焦處的水溫達(dá)到或超過汽化溫度而發(fā)生汽化，從而在航體周圍形成氣泡。
上述的水下航行體激光加熱空化裝置中，在激光器至激光聚焦處之間的航行體頭部?jī)?nèi)腔，設(shè)有傳輸激光的光通道。
上述的水下航行體激光加熱空化裝置中，所述激光器的功率為0.1kw～100000kw。
上述的水下航行體激光加熱空化裝置中，所述的激光器將激光聚焦處的溫度維持在攝氏100～1000度之間。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明采用激光加熱方法，使航行體頭部的水溫始終高于飽和溫度，導(dǎo)致液體汽化，航體前進(jìn)時(shí)，在整個(gè)航體周圍形成超空泡，氣泡不斷更新，因此，水中航體自頭至尾不直接與水接觸，而是在氣泡中高速前進(jìn)，從而大大減小水的摩擦阻力，顯著地提高了航體速度。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的超空泡水下航行體示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下參見圖1，本水下航行體激光加熱空化裝置的結(jié)構(gòu)在航行體2內(nèi)安裝有大功率激光器4，激光器4發(fā)射的激光聚焦于航行體的頭部，在激光聚焦處1與激光器4之間的航體2頭部?jī)?nèi)腔，設(shè)置有激光傳輸?shù)墓馔ǖ?，激光加熱航行體頭部的水。其功率為0.1kw-100000kw，當(dāng)功率足夠時(shí)，激光聚焦處1周圍的溫度維持在100～1000度之間，水發(fā)生氣化，產(chǎn)生空泡3。
下面進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明的工作原理進(jìn)行描述。
攝氏0度的水，其飽和壓力為0.0006108MPa，當(dāng)溫度提高到攝氏100度時(shí)，其飽和壓力大大提高，變?yōu)?.10131MPa，當(dāng)溫度提高到攝氏300度時(shí)，其飽和壓力則進(jìn)一步提高到8.592MPa。因此，溫度提高可以迅速提高飽和壓力，降低空化難度。水下航體前進(jìn)時(shí)，空化器上氣泡不斷更新，水中航體不直接與水接觸，而是在氣泡中高速前進(jìn)，從而大大減小水中航體表面的摩擦阻力，提高了航體速度。
權(quán)利要求
1.一種水下航行體激光加熱空化裝置；其特征在于在航行體(2)內(nèi)安裝有激光器(4)，激光器(4)發(fā)射的激光聚焦于航行體(2)的頭部，加熱航行體頭部的水，使水溫度迅速升高，導(dǎo)致聚焦處(1)的水溫達(dá)到或超過汽化溫度而發(fā)生汽化，從而在航體周圍形成氣泡(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的水下航行體激光加熱空化裝置，其特征在于在激光器(4)至激光聚焦處(1)之間的航行體頭部?jī)?nèi)腔，設(shè)有傳輸激光的光通道(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的水下航行體激光加熱空化裝置，其特征在于所述激光器(4)的功率為0.1kw～100000kw。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的水下航行體激光加熱空化裝置，其特征在于所述的激光器(4)將激光聚焦處(1)的溫度維持在攝氏100～1000度之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水下航行體激光加熱空化裝置。它是在航行體內(nèi)安裝有激光器，激光器發(fā)射的激光聚焦于航行體的頭部，加熱航行體頭部的水，使水溫度迅速升高，導(dǎo)致焦距處的水溫達(dá)到或超過汽化溫度而發(fā)生汽化，從而在航體周圍形成氣泡，航體前進(jìn)時(shí)，氣泡不斷更新，水中航體在氣泡中前進(jìn)而與水不直接接觸，從而取得減小航體表面摩擦阻力、提高航體速度的有益效果。
文檔編號(hào)B63B1/38GK101037135SQ200710038758
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者黃典貴 申請(qǐng)人:上海大學(xué)