一种水下超空泡射弹

技术领域

本发明涉及水下航行体技术领域，具体涉及一种水下超空泡射弹。

背景技术

由于水的密度约为空气密度的800多倍，这使得常规水下航行体在水中受到更大的阻力，速度一般难以超过40节，航程偏短。为了提高航行体在水下运动的速度，实现较大航程，国内外众多学者和工程技术人员提出了多种减阻增速的方法，例如通过航行体壁面震动减阻、外形优化减阻、疏水表面减阻、超空泡减阻等。

其中超空泡减阻技术具有独特的技术优势，获得了广泛应用。其理论基础为伯努利原理。当物体与水发生快速相对运动时，水介质压力下降，当水介质压力降低至临界压力以下时，液态水会发生汽化，形成较大的蒸汽团，这一现象称为空化，形成的气体空腔称为空泡。而超空泡技术则是利用空化现象，采用空化器等结构使航行体在运动时表面覆盖一层气体包层，大大减小射弹与水直接接触的面积，从而在很大程度上减小了射弹表面受到的阻力，得到更大的航速和航程。其中采用人工通气实现超空泡的方法是主要方式之一。

目前已有的超空泡射弹产气方式中，有利用发动机作用产生的尾气、携带气瓶压缩空气存储等方法，存储难度较高，耗费成本较大。在内部存储化学物质产气的方式，目前尚无专利提出。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水下超空泡射弹，利用叠氮化钠等化学物质分解产生大量气体，经射弹内部气道输送至射弹排气孔外，从而在射弹表面形成空泡气层，达到超空泡减阻的效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种水下超空泡射弹，包括产气段、输气段和空化段。

产气段由气舱和底座组成；其中底座为圆柱体结构，底座的前端I型外螺纹端部设有Ⅰ型限位凸起；所述气舱设置于底座内部，气舱的气舱外壳为圆柱体结构，气舱外壳的前端端部设置Ⅱ型限位凸起，后端端部圆周边沿开设限位卡孔，气舱外壳内部设置点火控制器、药室、气体发生剂、闭气板以及输气室；所述点火控制器包括过载感应器和点火器；闭气板从气舱后端放入，粘贴在药室前端；气体发生剂压制为柱状，从气舱后端放入药室中；药室后端安装点火控制器；限位卡孔和底盖将点火控制器紧固在药室后，并密封气舱；气舱放入底座中，通过限位卡孔将气舱和底座固定。

输气段由输气段主体、输气段母气道、Ⅰ型限位凹槽、Ⅱ型限位凹槽、Ⅲ型限位凸起、Ⅱ型内螺纹和Ⅲ型内螺纹组成；输气段外壳为圆柱体结构，圆柱体两端处各开设一个螺纹孔，其中前端螺纹孔内设置Ⅲ型螺纹，后端螺纹孔内设置Ⅱ型螺纹，输气段母气道贯通开设于圆柱体中心轴处，输气段母气道连通两螺纹孔，其中输气段母气道与Ⅲ型螺纹的连接界面处设置Ⅲ型限位凸起，输气段母气道与Ⅱ型螺纹的连接界面处设置Ⅱ型限位凹槽。

通过Ⅰ型螺纹和Ⅱ型螺纹相连接使得产气段和输气段相连，通过底座上的Ⅰ型限位凸起卡入输气段上的Ⅰ型限位凹槽，气舱上的Ⅱ型限位凸起卡入输气段上的Ⅱ型限位凹槽，保证输气室和输气段母气道的对接精度。

空化段由空化段母气道、气体分配室、四条子气道、单向阀、排气孔、圆台空化器、空化段外壳、Ⅲ型限位凹槽和Ⅳ型螺纹组成。

空化段主体为圆台结构，圆台的上底面作为前端面、下底面作为后端面，其中空化段主体前端面一体化固连一个圆台空化器，空化段主体后端面设有一个螺纹段，螺纹段表面开设Ⅳ型外螺纹，空化段主体的中轴后半段开设空化段母气道，中轴前半段开设一段第一子气道，第一子气道与空化段母气道之间通过气体分配室连通，气体分配室另外通过3条子气道从空化段主体的侧面伸出，子气道用于补气；空化段母气道从空化段主体后端面上的螺纹段伸出，伸出界面处开设Ⅲ型限位凹槽；第一子气道从圆台空化器的前端面伸出；单向阀固定在子气道内。

通过Ⅲ型螺纹和Ⅳ型螺纹相连接使得输气段和空化段相连，通过Ⅲ型限位突起卡入Ⅲ型限位凹槽，保证输气段母气道和空化段母气道的对接精度。

进一步地，气体发生剂为压制成型的由叠氮化钠、氧化剂三氧化二铁、高锰酸钾和粘合剂高岭土制成的气体发生剂。

优选地，单向阀，由阀体、阀芯、阀杆、限位圈、第一限位卡孔、弹性圈和第二限位卡孔组成。

阀体为圆柱体其内部开设轴向贯通的空腔，空腔中央沿内壁设置一圈凸起。

阀芯由阀体右端开口放入阀体中，与阀体的空腔内部凸起相接触；阀芯右端开设空气孔。

阀杆左端插入阀芯的空气孔中，在空气孔的空隙处密封空气；阀杆右端设置一个圆形板，圆形板卡在阀体的右端面上。

限位圈套接在阀体的右端部，阀体的表面与限位圈位置对应处开设第一限位卡孔，限位圈通过限位卡孔固定在阀体上，同时限位圈固定阀杆右端的圆形板。

弹性圈套接在阀体的右端部，阀体表面与弹性圈位置对应处开设第二限位卡孔，弹性圈通过第二限位卡孔固定在阀体上。

输气前，通过阀芯和阀杆所密封空气提供气压，密封单向阀，防止外部水倒流以及内部气体泄露。

输气时，当所产生气体气压大于被密封空气气压时，气体推开阀芯，输送至排气孔外。

有益效果：

与现有技术相比，本发明的优点有：采用叠氮化钠基产气剂反应供气的产气方式，抛弃了直接携带空气气源的复杂结构和无效质量，减少了结构的复杂度，并保证了产气能力；采用了集成过载感应器和点火器的点火控制器，实现了气体发生剂的实时快速点火；通过母气道-气体分配室-子气道的通气通道设计，保证了通气质量，实现了延长超空泡保持时间的气体需求。

附图说明

图1为基于叠氮化钠基产气剂反应供气的水下超空泡射弹结构示意图；

图2为产气段结构示意图；

图3为气舱结构示意图；

图4为输气段结构示意图；

图5为空化段结构示意图；

图6为单向阀结构示意图；

图中，1-产气段，2-输气段，3-空化段，4-气舱，5-底座，6-Ⅰ型限位凸起，7-螺纹Ⅰ，8-点火控制器，9-药室，10-气体发生剂，11-闭气板，12-输气室，13-Ⅱ型限位凸起，14-限位卡孔，15-气舱外壳，16-过载感应器，17-点火器，18-限位卡孔，19-底盖，20-输气段外壳，21-输气段母气道，22-Ⅰ型限位凹槽，23-Ⅱ型限位凹槽，24-Ⅲ型限位凸起，25-螺纹Ⅱ，26-螺纹Ⅲ，27-空化段母气道，28-气体分配室，29-子气道，30-单向阀，31-排气孔，32-圆台空化器，33-空化段外壳，34-Ⅲ型限位凹槽，35-螺纹Ⅳ，36-阀体，37-阀芯，38-阀杆，39-限位圈，40-第一限位卡孔，41-弹性圈，42-第二限位卡孔。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种水下超空泡射弹主要由三部分组成，分别为产气段、输气段和空化段。三段之间通过螺纹相连接，且通过限位凹槽和限位凸起保证连接精度。

产气段包括气舱和底座，气舱直接插入底座，通过限位卡孔固定，实现快捷装配。气舱分为药室、点火控制器、闭气板、输气室和气舱外壳。药室内装入压制成型的由叠氮化钠、氧化剂三氧化二铁和高锰酸钾、粘合剂高岭土制成的气体发生剂，点火控制器通过限位卡孔和底盖固定在药室后方，可实现气体发生剂的可靠点火。以化学药剂作为气源，抛弃了直接携带空气气源的复杂结构和无效质量，减小了结构复杂度。闭气板在产气前隔绝药室，在产气初期可密闭气体直至被撑破，使气体以高压状态快速输送至射弹排气孔。底座用于承载气舱，同时设有螺纹、限位凸起与输气段连接。

输气段包括输气段母气道和输气段外壳。输气段母气道位于输气段中心通孔处，输气段外壳作为输气段母气道的承载体，实现高压气体的可靠输送。

空化段包括圆台空化器、空化段母气道、气体分配室、空化段外壳、子气道和单向阀。圆台空化器具有较好的空化效果，经空化段母气道传输的高压气体进入气体分配室，再被分配至子气道。由阀体，阀芯、阀杆、弹性圈组成的直通型气体单向阀，输气前可以防止外部水倒流以及内部气体泄露，输气时可单向输送气体至排气孔外。

空化段3由空化段母气道27、气体分配室28、四条子气道29、单向阀30、排气孔31、圆台空化器32、空化段外壳33、Ⅲ型限位凹槽34和Ⅳ型螺纹35组成；

空化段主体33为圆台结构，圆台的上底面作为前端面、下底面作为后端面，其中空化段主体33前端面一体化固连一个圆台空化器32，空化段主体33后端面设有一个螺纹段，螺纹段表面开设Ⅳ型外螺纹35，空化段主体33的中轴后半段开设空化段母气道27，中轴前半段开设一段第一子气道，第一子气道与空化段母气道27之间通过气体分配室28连通，气体分配室28另外通过3条子气道从空化段主体33的侧面伸出，子气道用于补气；空化段母气道27从空化段主体33后端面上的螺纹段伸出，伸出界面处开设Ⅲ型限位凹槽34；第一子气道从圆台空化器32的前端面伸出；单向阀30固定在子气道29内；

图1中，一种基于叠氮化钠基产气剂反应供气的水下超空泡射弹由产气段1、输气段2和空化段3组成。

图2中，产气段1由气舱4和底座5组成；其中底座5为圆柱体结构，底座5的前端I型外螺纹7端部设有Ⅰ型限位凸起6。

图3中，气舱4由点火控制器8、药室9、气体发生剂10、闭气板11、输气室12、Ⅱ型限位凸起13、限位卡孔14和气舱外壳15组成，其中点火控制器8由过载感应器16、点火器17和限位卡孔18和底盖19组成。气舱4设置于底座5内部，气舱4的气舱外壳15为圆柱体结构，气舱外壳15的前端端部设置Ⅱ型限位凸起13，后端端部圆周边沿开设限位卡孔14，气舱外壳15内部设置点火控制器8、药室9、气体发生剂10、闭气板11以及输气室12；点火控制器8包括过载感应器16和点火器17；闭气板11从气舱4后端放入，粘贴在药室9前端；气体发生剂10压制为柱状，从气舱4后端放入药室9中；药室9后端安装点火控制器8；限位卡孔18和底盖19将点火控制器8紧固在药室9后，并密封气舱4；气舱4放入底座5中，通过限位卡孔14将气舱4和底座5固定。

图4中，输气段2由输气段主体20、输气段母气道21、Ⅰ型限位凹槽22、Ⅱ型限位凹槽23、Ⅲ型限位凸起24、Ⅱ型内螺纹25和Ⅲ型内螺纹26组成；输气段外壳20为圆柱体结构，圆柱体两端处各开设一个螺纹孔，其中前端螺纹孔内设置Ⅲ型螺纹26，后端螺纹孔内设置Ⅱ型螺纹25，输气段母气道21贯通开设于圆柱体中心轴处，输气段母气道21连通两螺纹孔，其中输气段母气道21与Ⅲ型螺纹26的连接界面处设置Ⅲ型限位凸起24，输气段母气道21与Ⅱ型螺纹25的连接界面处设置Ⅱ型限位凹槽23。

图5中，空化段3由空化段母气道27、气体分配室28、四条子气道29、单向阀30、排气孔31、圆台空化器32、空化段外壳33、Ⅲ型限位凹槽34和Ⅳ型螺纹35组成；空化段主体33为圆台结构，圆台的上底面作为前端面、下底面作为后端面，其中空化段主体33前端面一体化固连一个圆台空化器32，空化段主体33后端面设有一个螺纹段，螺纹段表面开设Ⅳ型外螺纹35，空化段主体33的中轴后半段开设空化段母气道27，中轴前半段开设一段第一子气道，第一子气道与空化段母气道27之间通过气体分配室28连通，气体分配室28另外通过3条子气道从空化段主体33的侧面伸出，子气道用于补气；空化段母气道27从空化段主体33后端面上的螺纹段伸出，伸出界面处开设Ⅲ型限位凹槽34；第一子气道从圆台空化器32的前端面伸出；单向阀30固定在子气道29内。

图6单向阀30中，单向阀30，由阀体36、阀芯37、阀杆38、限位圈39、第一限位卡孔40、弹性圈41和第二限位卡孔42组成。

阀体36为圆柱体其内部开设轴向贯通的空腔，空腔中央沿内壁设置一圈凸起。

阀芯37由阀体36右端开口放入阀体36中，与阀体36的空腔内部凸起相接触；阀芯37右端开设空气孔。

阀杆38左端插入阀芯37的空气孔中，在空气孔的空隙处密封空气；阀杆38右端设置一个圆形板，圆形板卡在阀体36的后端面上。

限位圈39套接在阀体36的后端部，阀体36的表面与限位圈39位置对应处开设第一限位卡孔40，限位圈39通过限位卡孔40固定在阀体36上，同时限位圈39固定阀杆38右端的圆形板。

弹性圈41套接在阀体36的左端部，阀体36表面与弹性圈41位置对应处开设第二限位卡孔42，弹性圈41通过第二限位卡孔42固定在阀体36上。

输气前，通过阀芯37和阀杆38所密封空气提供气压，密封单向阀30，防止外部水倒流以及内部气体泄露。

输气时，当所产生气体气压大于被密封空气气压时，气体推开阀芯37，输送至排气孔31外。

本发明的装配和连接关系为：一种基于叠氮化钠基产气剂反应供气的水下超空泡射弹由产气段1、输气段2和空化段3构成；将闭气板11从气舱后端放入，粘贴在药室前端，封闭药室9，将由叠氮化钠、氧化剂三氧化二铁和高锰酸钾、粘合剂高岭土制成的气体发生剂10压制为柱状，从气舱4后端放入药室9中，安装由过载感应器16和点火器17集成的点火控制器8在药室9后部，通过限位卡孔18和底盖19将点火控制器8紧固在药室9后，并密封气舱4；将气舱4放入底座5中，通过限位卡孔14将气舱4和底座5固定；通过螺纹Ⅰ7和螺纹Ⅱ25相连接使得产气段1和输气段2相连，通过底座5上的Ⅰ型限位凸起6卡入输气段2上的Ⅰ型限位凹槽22，气舱4上的Ⅱ型限位凸起13卡入输气段2上的Ⅱ型限位凹槽23，保证输气室12和输气段母气道21的对接精度；通过螺纹Ⅲ26和螺纹Ⅳ35相连接使得输气段2和空化段3相连，通过Ⅲ型限位突起24卡入Ⅲ型限位凹槽34，保证输气段母气道21和空化段母气道27的对接精度；单向阀30通过弹性圈39固定在子气道29内。

本发明具体的工作过程和工作原理说明如下：

射弹被发射后，高速入水瞬间会产生过载并形成沿弹体的自然空泡，过载感应器响应并传递电信号至点火器，点火器点火，气体发生剂反应产生气体，气体撑破闭气板后沿母气道流入气体分配室；随后气体进入四条子气道，推开单向阀，经排气孔排出至弹体外，补充入已有空泡内，延长了空泡的维持时间，使得射弹在气层中仍可保持较高速度运动，从而达到了减阻增程的效果。一种基于叠氮化钠基产气剂反应供气的水下超空泡射弹，利用叠氮化钠等化学物质分解产生大量气体，经射弹内部气道输送至射弹排气孔外，从而在射弹表面形成空泡气层，达到超空泡减阻的效果。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。