拥有展开式尾鳍的超空泡射弹结构
阅读：309发布：2020-05-17
专利汇可以提供拥有展开式尾鳍的超空泡射弹结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种拥有展开式尾鳍的超 空泡 射弹结构，包括圆柱主体和三个鳍，三个鳍相互间隔120°均匀枢转地联接到圆柱主体尾端；圆柱主体的外表面开一个凹槽10，鳍安装在凹槽中；凹槽底部后方开有两个间隔的通道；两通道间形成的壁体中开孔，枢轴销与孔相配合；还包括 弹簧 板、 锁 定元件和 紧 固件 ；在两通道的底部后端分别开两个弹簧板孔，紧固件依次穿过锁定元件的孔、弹簧板孔与通道底部固连。本发明具有两种形态，减少了射弹 推进器 的 能源 损耗，并且降低了发射管的尺寸要求，整体结构简单，容易执行，并且不改变射弹的基本形状，应用广泛。，下面是拥有展开式尾鳍的超空泡射弹结构专利的具体信息内容。
1.一种拥有展开式尾鳍的超空泡射弹结构，其特征在于：包括圆柱主体（08）和三个鳍（01），三个鳍（01）相互间隔120°均匀枢转地联接到圆柱主体（08）尾端；圆柱主体（08）的外表面开有凹槽（10），鳍（01）安装在凹槽（10）中；凹槽（10）底部后方开有两个间隔的通道一（32A）和通道二（32B）；通道一（32A）和通道二（32B）形成的壁体中开孔，枢轴销（46）与孔相配合；还包括弹簧板（50）、锁定元件（54）和紧固件（58）；在通道一（32A）和通道二（32B）的底部后端分别开两个弹簧板孔，紧固件（58）依次穿过锁定元件（54）的孔、弹簧板孔与通道底部固连。
2.根据权利要求1所述的超空泡射弹结构，其特征在于：所述鳍（01）包括主体（13）以及两个与其抵靠的肩部一（18A）、肩部二（18B），其中肩部一（18A）和肩部二（18B）各自开有孔一（22A）和孔二（22B），孔一（22A）和孔二（22B）与枢转销（46）相配，从而将鳍（01）枢转地与圆柱主体（08）连接。
3.根据权利要求1所述的超空泡射弹结构，其特征在于：所述肩部一（18A）和肩部二（18B）的边缘（19）表面呈凸轮状，鳍（01）展开时，边缘（19）接触到弹簧板（50）。
4.根据权利要求1所述的超空泡射弹结构，其特征在于：所述三个鳍（01）的宽度与高度的比大于1。
拥有展开式尾鳍的超空泡射弹结构
技术领域
背景技术
[0002] 水下武器系统一直被研究应用于海上作战。这类武器系统通常会运用高能推进器将炮弹从发射管发射出去。但是，研究高效的水下武器时，一个极具挑战性的问题在于如何克服弹药在水中运动的阻力，这个阻力大概是射弹在空气中运动的1000倍。由于这种高阻力的存在，传统水下弹药的速度不得不受到限制，一般不会超过80km/h。
[0003] 针对水下航行的高阻力问题，可以利用“空泡”现象达到减阻的目的。当水下航行体高速移动时，在一定条件下会产生空炮现象。空炮现象通常是指在液体的流场的低压区，当液体流动压力达到液体的饱和蒸气压时，液体会发生气化从而形成“空泡”。一般而言，对于流场包裹的水下航行体，当产生的空泡长度小于该航行体长度时称为局部空泡；而当产生的空泡长度达到或超过该航行体的长度时称为超空泡。
[0004] 超空泡包裹着整个炮弹，使得射弹与水的接触面积减到最小，从而大大减少了流体对炮弹的粘性阻力，减阻率可达90%以上。自二十世纪50年代以来，各国已开始着手研究超空泡技术来为鱼雷、水下射弹增加射速与射程，如苏联海军在1977年推出一种火箭推进鱼雷, 这种叫“暴风” (也有翻译叫“飓风”)的鱼雷航行时被包在一个自动生成的气体空泡中, 能以100m /s的速度破水“飞行”，航程可达15km。
[0005] 但是，高速超空泡弹药在水下高速移动时，一点小的扰动都会使超空泡尾部与空腔壁碰撞产生阻力，即尾拍现象。因此，需要改善超空泡射弹结构，在尾部安装鳍片，当射弹在空腔内部运行时，鳍与空腔壁接触，产生扭矩，将射弹朝着空腔中心阻力较小的区域转移。
[0006] 传统的鳍片一般安装在射弹主体的后部，从径向向外突出。利用弹簧板将径向延伸的射弹鳍片紧密地压缩在发射管内，然后射弹发射后弹簧板自动脱落。但是弹簧板的使用不仅增加了射弹推进器的能量，还增加了发射器的尺寸。因此，要对传统的超空泡射弹进行改进，去除弹射板并设计一种能保持空腔内部稳定性的鳍片装置。
[0007] 中国专利20160875865.1公开了一种航行器尾部引气减阻装置，其特征包括集气环和防冲刷裙，集气环通过多个引气孔与发动机喷管相通，将发动机喷管的燃气引入集气环，集气环外侧有多个排气孔，排出集气环的燃气。防冲刷裙固定在在航行器尾部，沿航行器轴向延伸至发动机喷管中部。航行器推进系统启动后，发动机点火产生燃气，部分燃气通过引气孔进入集气环，在集气环中膨胀降温，再经由排气孔喷出，喷出的燃气由防冲刷裙接收，并在发动机底部聚集形成气泡，从而实现减阻的目的。这种方式在传统航行体的基础上增加了两个组件，增加了发动机的能量损耗，而且在航行体高速行驶时对燃气的利用率不可控，适用范围窄。
[0008] 中国专利201610958648.9公开了一种应用于航行体自主稳定航行的控制装置及方法，将呈环状的尾部轴向喷口设置在航行体尾部底端的外沿上，通过喷流形成较小流量周向封闭的轴向喷流，形成的的轴向喷流的引射作用可以对超空泡尾部收缩产生的周期性脱落和断裂，骑到稳定作用，防止超空泡尾部的振荡、减少超空泡尾部气体泄漏，有利于减少航行体高速航行时的气体损耗。这种方式对尾部气泡敏感器的探测要求过高，实现难度大，应用范围窄。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于本发明的目的在于提供一种超空泡水下射弹的改进结构，即通过枢轴将鳍与射弹圆柱体联接，这种枢轴联接使得鳍能够拥有两种形态：（1）使鳍装载在射弹表面处的凹部内；（2）展开到径向延伸的位置。
[0010] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种拥有展开式尾鳍的超空泡射弹结构，包括圆柱主体和三个鳍，三个鳍相互间隔120°均匀枢转地联接到圆柱主体尾端；圆柱主体的外表面开一个凹槽10，鳍安装在凹槽中；凹槽底部后方开有两个间隔的通道；两通道间形成的壁体中开孔，枢轴销与孔相配合；还包括弹簧板、锁定元件和紧固件；在两通道的底部后端分别开两个弹簧板孔，紧固件依次穿过锁定元件的孔、弹簧板孔与通道底部固连。
[0011] 本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明具有两种形态，与传统的超空泡射弹相比，不需要利用弹簧板就可以将射弹包裹在发射管内，减少了射弹推进器的能源损耗，并且降低了发射管的尺寸要求。（2）本发明射弹入水后，在水的阻力作用下，尾鳍展开。尾鳍与超空泡空腔壁接触，产生扭矩，逼迫射弹在空腔的中心运动，达到超空泡减阻的最大效果。（3）本发明整体结构简单，容易执行，并且不改变射弹的基本形状，应用广泛。
附图说明
附图说明
[0012] 图1A为本发明提出的射弹的整体结构示意图，其中鳍为收起状态，图1B为图1A的射弹的前视图。
[0013] 图2A为本发明提出的射弹的整体结构视图，其中鳍处于展开状态；图2B示出了如图2A所示射弹的前视图。
[0014] 图3A为可展开翅片之一的前视图，图3B为可展开翅片之一的后视图。
[0015] 图4为图1A射弹的后端的分解图：图4A为射弹尾端局部图，图4B为枢转销，图4C分别为弹簧板50、锁定元件54和紧固件58。
[0016] 图5A为图1A的射弹的后端侧剖视图，鳍为收起状态，图5B为图2A的射弹的后端侧剖视图，鳍为展开状态。
具体实施方式
[0017] 本发明拥有展开式尾鳍的超空泡射弹结构中，当射弹处于第1形态时，基本上没有鳍的任何部分能突出射弹的圆柱体。在这种形态下，射弹可以被包裹在发射管或枪管内，而不需要使用弹簧板。此外，鳍安装在射弹助推器基座上的射弹后端的前面部位，这使得在一个发射器内可以“堆叠”多个射弹。以这种方式，射弹可以实现在发射器中动力推进器发射或者在弹道内发射。
[0018] 发射后，射弹进入水下，随着速度提高，周围形成空泡。射弹在发射后承受流体的粘性阻力使鳍枢展到第2形态—径向延展，即利用射弹受到的水体阻力带动枢轴的弹簧原件形成鳍的枢转。
[0019] 当鳍展开后，该新型射弹就和现代已知的固定鳍的射弹设计以相同的方式工作。鳍片相当于控制表面，与射弹所在空腔壁面相互作用，产
生足够的扭矩，将射弹推向空腔的中心，从而达到最佳的减阻效果。
生足够的扭矩，将射弹推向空腔的中心，从而达到最佳的减阻效果。
[0020] 下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0021] 图1A为超空泡射弹的整体结构示意图，圆柱主体08的后端有接合鳍01的凹槽10，在本发明中，射弹100具有三个鳍01。
[0022] 图2A和图2B分别为展开鳍的射弹整体图和前视图。鳍 01从凹槽10位置处开始旋转，直到超出圆柱主体08的表平面，由此定义鳍01的“展开”位置。如图2B所示，当鳍处于展开状态时，鳍01投影超过圆柱主体08的圆周面。
[0023] 图3A和3B为鳍01的前视图和后视图。如图所示，鳍01包括主体13和肩部18A和18B。
[0024] 鳍01的主体部分13具有两个主表面；前表面14和后表面16。如图3A和3B所示，前表面14是凹形，而后表面16是凸形。在其他设计中，前表面14也可以是平面形，以便与凹槽10齐平（参见图5A）。但无论前表面14的形状如何，后表面16始终保持弯曲形状以平滑地与圆柱主体08的外部接合。
[0025] 鳍片主体13的特征有尖端T，根R，跨度S和宽度W。如果鳍片以典型的方式定向，则“宽度W”表示的距离被称为鳍01的“弦长”，其中边缘E1和E2表征为鳍的前缘和后缘。如图2A所示，鳍片的边缘E1和E2相对于圆柱主体08偏移一定的角度。通常，鳍不会被定向以便避免主表面直接接触“流过来”的液体，形成非常大的阻力，主表面通常平行于（流体或射弹的）运动方向。在本发明中，鳍的定向是由展开机构的功能决定的。
[0026] 前表面14曲线精确地匹配圆柱主体08的弯曲形状，根部R和圆柱主体08的匹配曲面在射弹展开状态时用于支撑鳍01。
[0027] 肩部18A和18B由主体13的根部R固定。两个肩部有一段距离空间20。肩部18A和18B从主体13的根部R延伸出来，扩大到能够容纳枢转销孔22A和22B。
[0028] 肩部18A和18B的边缘19是类似凸轮的轮廓表面，边缘19表面从鳍01的前端（即如图3A所示）开始，沿着平滑曲线直到壁26的位置，壁26和边缘19表面呈一定角度（通常但不一定为90度，20度的误差以内），继续延伸一段形成表面28，该表面基本平行于孔22A（或22B）的中心轴。
[0029] 图4为鳍安装的分解图，鳍片安装在射弹100的尾部区域。鳍组件包括鳍01，销46。
[0030] 具体地，鳍安装区包括凹槽10，通道32A和32B以及进口42。凹槽10的尺寸足以容纳收起的鳍01。凹槽10足够深以便当鳍01被收起时，鳍主体13的后表面16与圆柱主体08的表面切合。实际上在本发明中，当鳍01收起时，鳍片后表面16的曲率与圆柱主体08的曲率相一致，配合能形成平滑的、基本连续的表面。
[0031] 与射弹100的纵向轴线AA（参见图1A）的方向对齐的通道32A和32B设在贴近凹槽10的后侧。两个通道隔开，形成一个凸起36。枢轴销孔34A开在33A壁内，并且在通道32A的前部，其邻近凹槽10的后边沿31。类似地，枢转销孔34B设置在通道32B的前部的壁433B中；枢轴销孔38设置在靠近凹槽10的后边沿31的凸起436中。孔34A，34B和38沿轴线B-B轴向对准。
[0032] 鳍01通过一系列的步骤联接到射弹100：肩18A和18B与对应的通道32A和32B相互组合。鳍01和的鳍安装区尺寸相一致，通道32A和32B与鳍肩相配，而且鳍肩的枢轴销孔22A和22B，枢轴销孔34A，34B和鳍安装区域的枢轴销的孔38沿着轴线BB彼此轴向对准，从而与枢轴销46形成紧密的配合。以这种方式，鳍01联接到射弹100，枢轴销46通过进口42插入枢轴销孔。
[0033] 参考图4C还可以看出来，安装在通道32B内的是凸轮从动件组件，包括弹簧板50、锁定元件54和紧固件58。其中，锁定件54的作用是锁定楔，紧固件58 固定螺钉。紧固件58穿过锁定元件54的孔和弹簧板孔与通道的底部相连接。
[0034] 图5A和5B分别为射弹鳍收起和展开的侧面剖视图。更具体地，图示出了凹槽10和通道32B的视图，以及鳍01，鳍肩18B和凸轮从动件组件的剖视图。
[0035] 图5A为处于收起状态的鳍01。在这种状态下，鳍01的前表面14邻接凹槽10的表面，并且鳍主体13的后表面16与圆柱主体08的表面大致共面，在凹槽10的表面和鳍01尖端T附近的锥形15之间会形成一个间隙G。由图5A还可以看出，通道32B中的凸轮从动组件。凸轮从动件组件的弹簧板50与通道32B的底部60间隔开一段距离，使得弹簧板有空间向下偏转。
[0036] 图5B所示为展开状态的鳍01。为了从收起状态切换该状态，如图5A所示，鳍01围绕枢轴销44旋转。鳍01从收起到旋转状态的变化发生在射弹100离开发射管后进入水体的时候，鳍在间隙G处受到拖曳力，由于“弹簧偏置”元件的作用促使鳍01远离凹槽10开始旋转，最后变成射弹100的展开状态离开发射管。
[0037] 在本发明的方案中，鳍01从收起状态旋转大约135度到展开状态。在鳍01旋转期间的某个时刻，肩部18B的28表面接触弹簧板50。当翅片继续旋转时，弹簧板50向下弯曲（朝向基座60），沿着边缘19表面直到壁26，弹簧板发生最大弯曲（参见图3A和3B）。在这一点，表面19突然向内突出，释放弹簧板50中的弹力，使得弹簧板强制地回弹，与平坦的凸轮表面28相啮合。一旦凸轮表面28和弹簧板50啮合，如图5B所示，鳍01就会被有效地防止朝向凹槽10旋转，这也防止了射弹入水后鳍01的“颤动”。
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