一种小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置的制作方法

1.本发明涉及水下排气降噪领域，具体涉及一种小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置。


背景技术：

2.小型水下航行体可以用于追赶特定水下或水面目标，因此一般追求较高航速和较远航程，同时需要降低自身噪声。降低阻力是提高航速和航程的优选方案。在船舶减阻领域，气泡减阻已被实验证实是一种可行的方法。通过空气压缩机将空气压缩后从船舶水线以下部位释放从而收到降低航行阻力的效果，但是这种方法需要配置空气机组，并需要在水面航行以获得空气的支持，不适合水下航行体。若采用自带空气的方式，将导致体积和重量的大幅增加，带来负面的航速与航程收益。水下热动力装置利用燃烧过程产生动力，会产生燃烧废气，用燃烧废气代替空气，则可以节省出更多空间。
3.水下航行体的推进器噪声是其主要噪声源之一，主要的解决措施是建立噪声传播的实体隔离屏障，这种方法需要减小推进器转子尺寸，并增加隔离体，降低推进效率。


技术实现要素：

4.为解决水下热动力航行体应用气泡减阻技术受气源限制的难题，提供一种小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，能够利用热动力装置燃烧废气作为气源，在水下航行体上应用气泡减阻技术，降低水下航行体阻力，并通过微气泡形成的微气泡云，吸收和散射水下航行体的推进噪声。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
6.本发明提供一种小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，该装置包括微气泡发生器共型结构框架、微气泡发生薄膜、钛合金耐高温排气三通管、下排气止回阀、上排气止回阀、下排气接管、上排气接管、下气体分布总管、上气体分布总管，所述微气泡发生薄膜由微气泡发生器共型结构框架安装在水下航行体耐压柱壳上，所述微气泡发生薄膜的表面开设有长条孔，长条孔成方阵结构分布，长条孔的长边垂直于航行轴线，水下航行体耐压柱壳上开设有气体分布孔，用于联通水下航行体耐压柱壳内的气体分布总管和各微气泡发生薄膜，每个微气泡发生薄膜下方均对应设置有气体分布孔，所述钛合金耐高温排气三通管、下排气止回阀、上排气止回阀、下排气接管、上排气接管一起组成排气管路将高压外燃式热动力装置的高温废气分流至下气体分布总管、上气体分布总管中，再经气体分布孔进入各微气泡发生薄膜，实现各部位均匀供气。
7.在上述技术方案中，所述下气体分布总管焊接在水下航行体耐压柱壳内侧顶部，构成了上半部分的气体分布总管，气体分布总管焊接在水下航行体耐压柱壳内侧底部，构成了下半部分的气体分布总管，气体分布总管与微气泡发生薄膜通过气体分布孔连通，气体分布孔起到气体分布支管的作用。
8.在上述技术方案中，所述微气泡发生薄膜由微气泡发生器共型结构框架经内六角
螺栓和弹性垫片安装在水下航行体耐压柱壳上，所述微气泡发生薄膜的边缘部分有圆形通孔用于内六角螺栓通过，微气泡发生薄膜的边缘部分与微气泡发生器共型结构框架的底部紧密接触，起到密封垫片的作用。
9.在上述技术方案中，所述微气泡发生薄膜的表面开设有长度1mm，宽度0.1mm的长条孔，长条孔成3mm
×
3mm的方阵结构分布，长条孔的长边垂直于航行轴线。
10.在上述技术方案中，每个微气泡发生薄膜下方均对应设置有2个气体分布孔。
11.在上述技术方案中，在水下航行体耐压柱壳外圆柱面上焊接有薄膜支撑柱，薄膜支撑柱位于微气泡发生薄膜下方，用于保持微气泡发生薄膜的外形。
12.在上述技术方案中，所述微气泡发生薄膜布置在小型水下航行体以额定速度航行时的流场转捩点至艉部区域，用于推迟流动转捩的发生位置，起到降低流动阻力的作用，并形成微气泡云，吸收和散射推进器噪声。
13.本发明小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，提出在小型热动力装置水下航行体上引入气泡减阻装置，以热动力装置燃烧产生的高压废气作为气源，以微气泡的形式将燃烧废气释放到水下航行体表面，降低航行阻力。同时为降低水下航行体推进器噪声，利用微气泡形成环绕水下航行体的微气泡云，吸收和散射航行体的推进噪声。
附图说明
14.图1为本发明小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置的结构示意图。
15.图2为图1中a-a截面示意图。
16.图3为图1中b-b截面示意图。
17.图4为本发明中航行体圆柱段表面展开后微气泡发生薄膜分布图。
18.图5为本发明中微气泡发生薄膜的开孔分布与开孔尺寸示意图。
19.图6为本发明形成的微气泡云与推进器位置关系示意图。
20.图中：1-微气泡发生器共型结构框架、2-微气泡发生薄膜、3-水下航行体耐压柱壳、4-内六角螺栓、5-弹性垫片、6-气体分布孔、7-薄膜支撑柱、8-高压外燃式热动力装置、9-钛合金耐高温排气三通管、10.1-下排气止回阀、10.2-上排气止回阀、11.1-下排气接管、11.2-上排气接管、12.1-下气体分布总管、12.2-上气体分布总管、13-微气泡云、14-推进器。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
22.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应站位本领域技术人员的角度做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
24.如图1至3所示，本实施例提供一种小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置。该装置主要由微气泡发生器共型结构框架1、微气泡发生薄膜2、水下航行体耐压柱壳3、内六角螺栓4、弹性垫片5、气体分布孔6、薄膜支撑柱7、高压外燃式热动力装置8、钛合金耐高温排气三通管9、下排气止回阀10.1、上排气止回阀10.2、下排气接管11.1、上排气接管11.2、下气体分布总管12.1、上气体分布总管12.2等组成。所述微气泡发生薄膜2由微气泡发生器共型结构框架1，经内六角螺栓4和弹性垫片5，安装在水下航行体耐压柱壳3上。所述的微气泡发生器共型结构框架1可以根据需要设置多组。所述微气泡发生薄膜2的边缘部分有圆形通孔用于内六角螺栓4通过，其边缘部分与微气泡发生器共型结构框架1的底部紧密接触，起到密封垫片的作用。如图4、图5所示，所述微气泡发生薄膜2的表面开设有长度1mm，宽度约0.1mm的长条孔，长条孔成3mm
×
3mm的方阵结构分布，长条孔的长边垂直于航行轴线(航行轴线方向即来流方向)。水下航行体耐压柱壳3上开设有气体分布孔6，用于联通水下航行体耐压柱壳3内的气体分布总管和各微气泡发生薄膜2，每个微气泡发生薄膜2下方均对应设置有2个气体分布孔6。在水下航行体耐压柱壳3外圆柱面上焊接有薄膜支撑柱7，薄膜支撑柱7位于微气泡发生薄膜2下方，用于保持微气泡发生薄膜2的外形。高压外燃式热动力装置8采用高压外燃方式提供热源，其排气压力高于水下航行体工作深度的海水压力，可以自行排入海水中。钛合金耐高温排气三通管9、下排气止回阀10.1、上排气止回阀10.2、下排气接管11.1、上排气接管11.2一起组成排气管路将高压外燃式热动力装置8的高温废气分流至下气体分布总管12.1、上气体分布总管12.2中，再经气体分布孔6进入各微气泡发生薄膜2，能够实现各部位均匀的供气。所述下气体分布总管12.1焊接在水下航行体耐压柱壳3内侧顶部，构成了上半部分的气体分布总管，气体分布总管12.2焊接在水下航行体耐压柱壳3内侧底部，构成了下半部分的气体分布总管，气体分布总管与微气泡发生薄膜2通过气体分布孔6连通，气体分布孔6起到气体分布支管的作用。如图6所示，微气泡发生薄膜2布置在小型水下航行体以额定速度航行时的流场转捩点至艉部区域，用于推迟流动转捩的发生位置，起到降低流动阻力的作用，并形成微气泡云，能够吸收和散射推进器噪声。
25.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
26.本发明实施方式不限于上述所示，可根据权利要求的技术特征进行一定的组合，以上所示仅为本发明较佳的具体实施方式，并不能用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员容易理解，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等效替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，其特征在于：该装置包括微气泡发生器共型结构框架、微气泡发生薄膜、钛合金耐高温排气三通管、下排气止回阀、上排气止回阀、下排气接管、上排气接管、下气体分布总管、上气体分布总管，所述微气泡发生薄膜由微气泡发生器共型结构框架安装在水下航行体耐压柱壳上，所述微气泡发生薄膜的表面开设有长条孔，长条孔成方阵结构分布，长条孔的长边垂直于航行轴线，水下航行体耐压柱壳上开设有气体分布孔，用于联通水下航行体耐压柱壳内的气体分布总管和各微气泡发生薄膜，每个微气泡发生薄膜下方均对应设置有气体分布孔，所述钛合金耐高温排气三通管、下排气止回阀、上排气止回阀、下排气接管、上排气接管一起组成排气管路将高压外燃式热动力装置的高温废气分流至下气体分布总管、上气体分布总管中，再经气体分布孔进入各微气泡发生薄膜，实现各部位均匀供气。2.根据权利要求1所述的小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，其特征在于：所述下气体分布总管焊接在水下航行体耐压柱壳内侧顶部，构成了上半部分的气体分布总管，气体分布总管焊接在水下航行体耐压柱壳内侧底部，构成了下半部分的气体分布总管，气体分布总管与微气泡发生薄膜通过气体分布孔连通，气体分布孔起到气体分布支管的作用。3.根据权利要求1所述的小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，其特征在于：所述微气泡发生薄膜由微气泡发生器共型结构框架经内六角螺栓和弹性垫片安装在水下航行体耐压柱壳上，所述微气泡发生薄膜的边缘部分有圆形通孔用于内六角螺栓通过，微气泡发生薄膜的边缘部分与微气泡发生器共型结构框架的底部紧密接触，起到密封垫片的作用。4.根据权利要求1所述的小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，其特征在于：所述微气泡发生薄膜的表面开设有长度1mm，宽度0.1mm的长条孔，长条孔成3mm
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3mm的方阵结构分布，长条孔的长边垂直于航行轴线。5.根据权利要求1所述的小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，其特征在于：每个微气泡发生薄膜下方均对应设置有2个气体分布孔。6.根据权利要求1所述的小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，其特征在于：在水下航行体耐压柱壳外圆柱面上焊接有薄膜支撑柱，薄膜支撑柱位于微气泡发生薄膜下方，用于保持微气泡发生薄膜的外形。7.根据权利要求1所述的小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，其特征在于：所述微气泡发生薄膜布置在小型水下航行体以额定速度航行时的流场转捩点至艉部区域，用于推迟流动转捩的发生位置，起到降低流动阻力的作用，并形成微气泡云，吸收和散射推进器噪声。

技术总结
本发明涉及水下排气降噪领域，提供一种小型水下热动力航行体微气泡减阻降噪装置，包括微气泡发生薄膜，所述微气泡发生薄膜由微气泡发生器共型结构框架安装在水下航行体耐压柱壳上，所述微气泡发生薄膜的表面开设有长条孔，长条孔的长边垂直于航行轴线，水下航行体耐压柱壳上开设有气体分布孔，用于联通水下航行体耐压柱壳内的气体分布总管和各微气泡发生薄膜，排气管路将高压外燃式热动力装置的高温废气分流至下、上气体分布总管中，再经气体分布孔进入各微气泡发生薄膜，实现各部位均匀供气。本发明装置在水下航行体上应用气泡减阻技术，降低水下航行体阻力，并通过微气泡形成的微气泡云，吸收和散射水下航行体的推进噪声。声。声。


技术研发人员：邓鹏 吴栋 赵俊涛 俞健 蔡标华 张德满 李斌 王博 舒鑫 刘澍 张明 张汝娟
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一九研究所
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/5