一种潜航器微气泡减阻装置及控制系统

本发明涉及潜航器，具体为一种潜航器微气泡减阻装置及控制系统。

背景技术：

1、在走向深海的总体战略思想指导下，水面舰船及潜航器(如水下探测器、鱼雷和潜艇等)的发展趋势是具有更高航速和更远航程。为了满足上述需求，设法减小航行阻力无疑是最为直接有效的方式。其中微气泡喷射减阻日益成为高速航行器黏性减阻的常用方法。

2、气泡减阻的原理：气体从潜航器所设气体喷口喷出后，在浮力和水流冲击的共同作用下产生一个斜向上的运动轨迹。当来流速度较小时浮力作用占优，气泡会快速上浮而脱离结构表面，导致气泡的覆盖区域偏少，从而降低减阻效果。随着来流速度的提高，高速水流可以将气体强制压覆在结构表面，使得气膜覆盖区域扩大，提高减阻效果。潜航器未被气泡覆盖处由于与水体接触，黏性阻力会高于被气泡覆盖的区域，直到气泡对潜航器形成一个全面的包裹，但是现有的减阻装置减阻效率低，减阻效果差，不能实现高效节能的减阻效果，自动化程度低，为此提供了一种潜航器微气泡减阻装置及控制系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种潜航器微气泡减阻装置及控制系统，以解决上述背景技术提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种潜航器微气泡减阻装置，包括液态气体蒸发盒、气体分流仓，所述液态气体蒸发盒和气体分流仓均安装在潜航器的内部，所述液态气体蒸发盒的底部设有加热板，所述液态气体蒸发盒的顶部连接有第三柔性输气管，所述第三柔性输气管的一端与第四柔性输气管相连，所述第四柔性输气管安装在气体分流仓上，所述气体分流仓的顶部一侧安装有第二柔性输气管，所述气体分流仓的顶部另一侧安装有第一柔性输气管，所述第一柔性输气管与第二柔性输气管均与气体释放结构相连。

3、作为本发明的一种优选技术方案，所述加热板的底部通过导线与触发开关相连。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述第三柔性输气管通过接头与液态气体蒸发盒相连，所述接头上安装有压力表。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述第三柔性输气管和第四柔性输气管之间通过单向止回阀相连。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述气体分流仓的顶部安装有泄压阀，所述泄压阀的一侧安装有第一流量控制阀，所述泄压阀的另一侧安装有第二流量控制阀。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述第一流量控制阀与第二柔性输气管相连，所述第二流量控制阀与第一柔性输气管相连。

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述气体分流仓的一侧安装有流量计，所述液态气体蒸发盒和气体分流仓均通过螺栓安装在潜航器的内部。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述潜航器上的气体释放结构采用若干个柔性管道首尾连接构成，所述柔性管道上开设有若干个排气通孔，所述排气通孔的孔径为2-5mm，所述柔性管道通过扎带与潜航器固定，所述排气通孔的内部设有细气泡石，所述柔性管道的外侧设有一侧防腐涂料。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述单向止回阀与第三柔性输气管和第四柔性输气管的连接处以及第四柔性输气管与气体分流仓的连接处均设有防水密封胶圈。

11、一种潜航器微气泡减阻装置的控制系统，包括单片机，所述单片机与压力表内的压力传感器、单向止回阀、触发开关、泄压阀、第一流量控制阀、第二流量控制阀相连，所述触发开关为多档位控制开关；

12、具体步骤如下：

13、s1：单片机获取压力传感器的数据，压力传感器检测潜航器的内部压力；

14、s2：单片机进行判断，检测到的内部压力小于外部压力，则触发开关打开，让加热板对液态气体蒸发盒内的液氧进行加热，液氧受热后气化，产生气体通过第三柔性输气管和第四柔性输气管进入到气体分流仓内；

15、s3：液态气体蒸发盒上的压力表与流量计实时监测内部压力与流量，当内压小于外部压力，不断加热气体使之汽化增压，当内压等于外部压力，关闭触发开关停止加热，当内压大于外部压力，置于气体分流仓上的泄压阀打开，使内外压力达到平衡；

16、s4：液氧产生的气体由气体分流仓分别流入第一柔性输气管和第二柔性输气管，两侧管道上装有流量控制阀，控制气体的流量，气体流入到气体释放结构内，经过细气泡石然后从通孔喷出，在潜航器四周形成包覆气泡，进而实现高效节能的减阻效果。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：在潜航器下潜过程，通过单片机控制蒸发盒触发开关对液态气体进行加热，加热一段时间后，液氧气化，经由单向止回阀流出蒸发盒，通过输气管进入分流仓，液体蒸发盒上装置的压力表与分流仓上的流量计实时监测内部压力与流量，当内压小于外部压力，不断加热气体使之汽化增压，当内压等于外部压力，关闭加热开关停止加热，当内压大于外部压力，置于气体分流仓上的泄压阀打开，使内外电压达到平衡，实现动态控压，通过控制压力进而控制气体流速，防止在喷口出现喷射现象而使气泡逃逸；保证航行器持续减阻的效果，又能减少气泡减阻所需的排气量，气体由分流仓分别流入两侧管道，两侧管道上装有流量控制阀，控制气体的流量，气体经由细气泡石从喷口喷出，在航行器四周形成包覆气泡，进而实现高效节能的减阻效果。

技术特征：

1.一种潜航器微气泡减阻装置，包括液态气体蒸发盒(1)、气体分流仓(2)，其特征在于：所述液态气体蒸发盒(1)和气体分流仓(2)均安装在潜航器(19)的内部，所述液态气体蒸发盒(1)的底部设有加热板(10)，所述液态气体蒸发盒(1)的顶部连接有第三柔性输气管(13)，所述第三柔性输气管(13)的一端与第四柔性输气管(15)相连，所述第四柔性输气管(15)安装在气体分流仓(2)上，所述气体分流仓(2)的顶部一侧安装有第二柔性输气管(11)，所述气体分流仓(2)的顶部另一侧安装有第一柔性输气管(5)，所述第一柔性输气管(5)与第二柔性输气管(11)均与气体释放结构(3)相连。

2.根据权利要求1所述的一种潜航器微气泡减阻装置，其特征在于：所述加热板(10)的底部通过导线(7)与触发开关(6)相连。

3.根据权利要求1所述的一种潜航器微气泡减阻装置，其特征在于：所述第三柔性输气管(13)通过接头(16)与液态气体蒸发盒(1)相连，所述接头(16)上安装有压力表(8)。

4.根据权利要求1所述的一种潜航器微气泡减阻装置，其特征在于：所述第三柔性输气管(13)和第四柔性输气管(15)之间通过单向止回阀(4)相连。

5.根据权利要求1所述的一种潜航器微气泡减阻装置，其特征在于：所述气体分流仓(2)的顶部安装有泄压阀(12)，所述泄压阀(12)的一侧安装有第一流量控制阀(17)，所述泄压阀(12)的另一侧安装有第二流量控制阀(18)。

6.根据权利要求5所述的一种潜航器微气泡减阻装置，其特征在于：所述第一流量控制阀(17)与第二柔性输气管(11)相连，所述第二流量控制阀(18)与第一柔性输气管(5)相连。

7.根据权利要求1所述的一种潜航器微气泡减阻装置，其特征在于：所述气体分流仓(2)的一侧安装有流量计(9)，所述液态气体蒸发盒(1)和气体分流仓(2)均通过螺栓安装在潜航器(19)的内部。

8.根据权利要求1所述的一种潜航器微气泡减阻装置，其特征在于：所述潜航器(19)上的气体释放结构(3)采用若干个柔性管道首尾连接构成，所述柔性管道上开设有若干个排气通孔，所述排气通孔的孔径为2-5mm，所述柔性管道通过扎带与潜航器(19)固定，所述排气通孔的内部设有细气泡石(14)，所述柔性管道的外侧设有一侧防腐涂料。

9.根据权利要求1所述的一种潜航器微气泡减阻装置，其特征在于：所述单向止回阀(4)与第三柔性输气管(13)和第四柔性输气管(15)的连接处以及第四柔性输气管(15)与气体分流仓(2)的连接处均设有防水密封胶圈。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的潜航器微气泡减阻装置的控制系统，其特征在于：包括单片机，所述单片机与压力表(8)内的压力传感器、单向止回阀(4)、触发开关(6)、泄压阀(12)、第一流量控制阀(17)、第二流量控制阀(18)相连，所述触发开关(6)为多档位控制开关；

技术总结本发明公开了一种潜航器微气泡减阻装置及控制系统，涉及潜航器技术领域，包括液态气体蒸发盒、气体分流仓，所述液态气体蒸发盒和气体分流仓均安装在潜航器的内部，所述液态气体蒸发盒的底部设有加热板，所述液态气体蒸发盒的顶部连接有第三柔性输气管，所述第三柔性输气管的一端与第四柔性输气管相连，所述第四柔性输气管安装在气体分流仓上，利用单片机实现压力动态反馈控制，采用液压盒加热气化来控制该系统中气体的产生，高效且节能，采用多段多喷口喷气方式，使潜航器四周形成足够大的气泡覆盖面积，采用孔径更小的细气泡石提高气体释放结构处水的流速，实现减阻目的。为降低潜航器在下潜过程中的所受阻力，加速下潜提供解决办法。技术研发人员：王志博,顾津菁受保护的技术使用者：江苏海洋大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6