本發(fā)明屬于跨介質(zhì)飛行器的，尤其涉及一種用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器。

背景技術(shù)：

1、射流激勵(lì)器在破冰領(lǐng)域的應(yīng)用展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)?；谄漤憫?yīng)快、能耗低、射流強(qiáng)度高等特點(diǎn)，等離子體合成射流激勵(lì)器被引入用于破除飛機(jī)及無(wú)人機(jī)表面的冰層。研究表明，通過(guò)調(diào)整激勵(lì)器的放電總能量和布置方式，可以有效破除不同曲率半徑的冰型，產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)20cm的貫穿裂紋，實(shí)現(xiàn)大面積、低能耗的破冰效果。

2、目前，跨介質(zhì)飛行器的研究還處于起步階段，現(xiàn)有技術(shù)中的跨介質(zhì)飛行器能夠突破水域和空域的物理隔離，在水中和空氣中自由轉(zhuǎn)換，兼具?？諆蓷鳂I(yè)能力。但是面臨如下問(wèn)題：現(xiàn)階段的跨介質(zhì)飛行器還不具備實(shí)現(xiàn)跨冰層機(jī)動(dòng)的能力，無(wú)法在北極等重要戰(zhàn)略位置發(fā)揮能力。因此，現(xiàn)階段我國(guó)急需研究制作一種能夠跨冰層機(jī)動(dòng)的跨介質(zhì)飛行器，其在北極資源開(kāi)發(fā)、地緣政治中均扮演關(guān)鍵角色?？缃橘|(zhì)飛行器跨越冰層的進(jìn)一步伸入研究，對(duì)資源開(kāi)發(fā)和環(huán)境挑戰(zhàn)應(yīng)對(duì)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

2、本發(fā)明提供一種用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器裝置，旨在提出一種利用多介質(zhì)射流擊破冰層的方法，解決跨介質(zhì)飛行器無(wú)法跨冰層機(jī)動(dòng)的問(wèn)題，拓展跨介質(zhì)飛行器的工作環(huán)境。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的一種用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，所述射流激勵(lì)器包括能夠安裝于所述跨介質(zhì)飛行器頂部的艙體以及位于所述艙體內(nèi)的高壓脈沖電源、放電電極和激勵(lì)器腔體。所述艙體的頂部具有開(kāi)口，所述開(kāi)口連通所述激勵(lì)器腔體，所述高壓脈沖電源與所述放電電極相連接，所述放電電極的一端伸入所述激勵(lì)器腔體內(nèi)部且與所述激勵(lì)器腔體內(nèi)部容納的空氣或者水相接觸。

5、跨介質(zhì)飛行器處于航行階段時(shí)，空氣或者水通過(guò)所述開(kāi)口進(jìn)入所述激勵(lì)器腔體內(nèi)部；跨介質(zhì)飛行器接觸冰層的瞬間，所述高壓脈沖電源開(kāi)啟并放電，所述激勵(lì)器腔體內(nèi)部容納的空氣或者水發(fā)生電擊穿，在所述開(kāi)口處形成氣相射流或者液相射流，所述氣相射流或者所述液相射流能夠擊破冰層。

6、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述激勵(lì)器腔體為圓柱形空腔，其頂部通過(guò)狹管連通所述開(kāi)口。

7、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述激勵(lì)器腔體和所述狹管為一體成型結(jié)構(gòu)，所述開(kāi)口處設(shè)置活動(dòng)式擋板。

8、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述開(kāi)口的橫截面積為所述激勵(lì)器腔體的橫截面積的1/25-1/10。

9、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，沿著從所述激勵(lì)器腔體到所述開(kāi)口的方向，所述狹管漸縮。

10、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述艙體具有流線型外輪廓且具有能夠與所述跨介質(zhì)飛行器螺紋連接的螺紋結(jié)構(gòu)。

11、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述艙體的內(nèi)壁與所述激勵(lì)器腔體之間填充有緩沖材料。

12、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，沿著所述開(kāi)口的圓周邊緣，所述艙體上環(huán)狀陣列設(shè)置多個(gè)物理撞針。

13、進(jìn)一步的技術(shù)方案在于，所述高壓脈沖電源的功率與所述激勵(lì)器腔體的容量相適配，所述放電電極與所述激勵(lì)器腔體之間螺紋連接。

14、一種跨介質(zhì)飛行器破冰方法，其特征在于，所述跨介質(zhì)飛行器安裝有權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，破冰方法包括：

15、當(dāng)跨介質(zhì)飛行器由空中飛行階段向水下航行階段轉(zhuǎn)變時(shí)，飛行器需要破冰入水，此時(shí)激勵(lì)器腔體內(nèi)部為空氣，當(dāng)飛行器接觸冰層時(shí)，高壓脈沖電源開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，在放電電極之間進(jìn)行氣相放電，此時(shí)激勵(lì)器腔體內(nèi)部氣體壓力及溫度迅速升高，并在激勵(lì)器出口處產(chǎn)生激波及氣相射流，在激波的高應(yīng)變率集中載荷及氣相射流的氣動(dòng)沖擊集中載荷的共同作用下，冰層以飛行器頂部激勵(lì)器開(kāi)口為中心向外擴(kuò)展形成裂紋并發(fā)生破壞，從而完成跨介質(zhì)飛行器的破冰入水。

16、當(dāng)跨介質(zhì)飛行器由水下航行階段向空中飛行階段轉(zhuǎn)變時(shí)，飛行器需要破冰出水，此時(shí)激勵(lì)器腔體內(nèi)部為液態(tài)水，當(dāng)飛行器接觸冰層時(shí)，高壓脈沖電源開(kāi)關(guān)開(kāi)啟，在放電電極之間進(jìn)行液相放電，根據(jù)液電效應(yīng)此時(shí)在兩電極之間形成等離子通道，同時(shí)產(chǎn)生沖擊波、氣泡及液相射流，由于水的不可壓縮性，在沖擊波及氣泡內(nèi)部高壓的共同作用下冰層發(fā)生破壞，從而完成跨介質(zhì)飛行器的破冰出水。

17、(三)有益效果

18、本發(fā)明的有益效果是：

19、本發(fā)明提供的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器。通過(guò)射流激勵(lì)器發(fā)射射流擊破冰層，該激勵(lì)器既可以在空氣中產(chǎn)生氣相射流破冰，又可以在水下產(chǎn)生液相射流破冰，屬于是一種裝置有兩種工作模態(tài)。該裝置相比傳統(tǒng)的破冰技術(shù)，響應(yīng)更加迅速，需攜帶的負(fù)載變輕，具有更好的續(xù)航能力。同時(shí)，由于射流的方向和能量相比電熱、爆破更加容易控制，因此，射流能夠更好的集中沖擊載荷，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)破冰，破冰效率更高。

技術(shù)特征：

1.一種用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，所述射流激勵(lì)器(1)包括能夠安裝于所述跨介質(zhì)飛行器頂部的艙體(11)以及位于所述艙體(11)內(nèi)的高壓脈沖電源(15)、放電電極(12)和激勵(lì)器腔體(13)；

2.如權(quán)利要求1所述的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，所述激勵(lì)器腔體(13)為圓柱形空腔，其頂部通過(guò)狹管(14)連通所述開(kāi)口(111)。

3.如權(quán)利要求2所述的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，所述激勵(lì)器腔體(13)和所述狹管(14)為一體成型結(jié)構(gòu)，所述開(kāi)口(111)處設(shè)置活動(dòng)式蓋板結(jié)構(gòu)。

4.如權(quán)利要求2所述的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，所述開(kāi)口(111)的橫截面積為所述激勵(lì)器腔體(13)的橫截面積的1/25-1/10。

5.如權(quán)利要求2所述的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，沿著從所述激勵(lì)器腔體(13)到所述開(kāi)口(111)的方向，所述狹管(14)漸縮。

6.如權(quán)利要求1所述的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，所述艙體(11)具有流線型外輪廓且具有能夠與所述跨介質(zhì)飛行器螺紋連接的螺紋結(jié)構(gòu)。

7.如權(quán)利要求1所述的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，所述艙體(11)的內(nèi)壁與所述激勵(lì)器腔體(13)之間填充有緩沖材料。

8.如權(quán)利要求1所述的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，沿著所述開(kāi)口(111)的圓周邊緣，所述艙體(11)上環(huán)狀陣列設(shè)置多個(gè)物理撞針。

9.如權(quán)利要求1所述的用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，其特征在于，所述高壓脈沖電源(15)的功率與所述激勵(lì)器腔體(13)的容量相適配，所述放電電極(12)與所述激勵(lì)器腔體(13)之間螺紋連接。

10.一種跨介質(zhì)飛行器破冰方法，其特征在于，所述跨介質(zhì)飛行器安裝有權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的多介質(zhì)射流激勵(lì)器，破冰方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于跨介質(zhì)飛行器的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于跨介質(zhì)飛行器出入冰層的多介質(zhì)射流激勵(lì)器。該射流激勵(lì)器包括安裝于跨介質(zhì)飛行器頂部的艙體以及位于艙體內(nèi)的高壓脈沖電源、放電電極和激勵(lì)器腔體。艙體的頂部具有開(kāi)口，開(kāi)口連通激勵(lì)器腔體，高壓脈沖電源與放電電極相連接，放電電極的一端伸入激勵(lì)器腔體內(nèi)部且與激勵(lì)器腔體內(nèi)部容納的空氣或者水相接觸。跨介質(zhì)飛行器接觸冰層的瞬間，高壓脈沖電源放電，激勵(lì)器腔體內(nèi)部容納的空氣或者水發(fā)生電擊穿，迅速形成破冰用的氣相射流或者液相射流。安裝了本發(fā)明的多介質(zhì)射流激勵(lì)器的跨介質(zhì)飛行器能夠跨冰層機(jī)動(dòng)。進(jìn)而可在北極應(yīng)用，拓展了跨介質(zhì)飛行器的工作空間。

技術(shù)研發(fā)人員：景向嶸,羅振兵,周巖,高天翔,程盼,曹愷強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30