(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210816663.5 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号 (72)发明人 罗凯　杨恺昕　许海雨　黄闯　 李代金　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 赵燕秋 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 超空泡航行器通气参数设计方法 (57)摘要 本发明公开了超空泡航行器通气参数设计 方法， 参照航行器的外形和航速， 根据通气率公 式得出生成合适大小的空泡所需的通气体积流 量； 根据航行器所处的环境压力和要求的空化 数， 得出泡内气体密度； 结合燃料特性， 设计燃气 发生器固体药柱的燃面。 采用本发 明设计的通气 超空泡航行器基于 水下UUV、 水面舰艇等发射， 主 要用于对抗水下目标； 本发明的方法能够高效地 获得运行于可变工况的航行器生成恰当的超空 泡尺寸时所需的通气参数， 并通过合理的装药设 计便捷地实现航行器超空泡尺 寸的变化， 适应于 工况的改变。 避免了改变工况后， 超空泡尺寸过 小航行器无法被完全包覆的问题， 以及超空泡尺 寸过大所带来的浪费甚至影响航行器性能的问 题。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115391908 A 2022.11.25 CN 115391908 A 1.超空泡 航行器通气参数设计方法， 其特 征在于， 具体按照以下步骤实施： 步骤1、 基于大量数据构建通气量的数学描述方法， 参照航行器的外形和航速， 根据通 气率公式得 出生成合 适大小的空泡所需的通气体积流 量； 步骤2、 根据航行器所处的环境压力和要求的空化数， 计算通气超空泡内气体密度， 结 合步骤1中所 得的通气体积流 量， 计算通气质量 流量； 步骤3、 根据通气质量流量， 并结合燃料特性， 设计燃气发生器固体药柱 的燃面大小及 端面燃烧所能提供的通气质量 流量。 2.根据权利要求1所述超空泡航行器通气参数设计方法， 其特征在于， 步骤1具体过程 为： 步骤1.1、 根据航行器外形， 计算 航行器最大直径dt与空化器直径dc的比例k1： 步骤1.2、 设定所需的空泡大小， 使 空泡完全包覆航行体， 计算空泡直径Dmax与空化器直 径dt的比例k2： 空泡最大截面 面积Sc表示为： 步骤1.3、 由通气率公式计算 通气体积流 量Q： 结合公式(1)、 (2)变形 得： 再结合公式(3)变形 得： 对公式(6)进行变形 可得： 公式(7)给出了体积流量与速度、 空泡最大截面的关系， k1、 k2两个参数与通气率有关， Cq/(k12 k22)是一个定值， 将该值带入公式(7)得： Q＝0.0635VSc (8)。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115391908 A 23.根据权利要求1所述超空泡航行器通气参数设计方法， 其特征在于， 步骤2中所述计 算通气超空泡内气体密度具体过程 为： 由于通气为可压缩空气， 根据空泡内气体压力、 气体密度随环境压力的变化特性， 通气 超空泡内气体密度表示 为： 其中， R为气体常数， Mc为燃气的气体摩尔质量； Pc为泡内气体压力； T为气体温 度。 4.根据权利要求1所述超空泡航行器通气参数设计方法， 其特征在于， 步骤2中计算通 气质量流量过程为： 空化数公式为： 其中p∞为环境压力， 随航行器的航深变化而变化， ρ 为水的密度， σc为指定的空化数； 变形后得到泡内压力的计算公式： 联立公式(8)、 (9)、 (1 1)得通气质量 流量公式表示 为： 式中， p∞表示航行器处于环境压力p∞， V表示流速。 5.根据权利要求1所述超空泡航行器通气参数设计方法， 其特征在于， 步骤3具体过程 为： 步骤3.1、 计算 航行器稳定航行时所需的燃面大小： 当航行器稳定航行时， 燃气发生器内压力、 温度趋于恒定， 排出的气体质量流量也是恒 定的， 故有： 其中， ρtui为推进剂的密度， s为燃面大小， r为推进剂的燃 速； 结合式(13)有： 步骤3.2、 计算 航行器刚开始生成通气超空泡时所需的燃面大小： 在航行器 刚开始生成通气超空泡 时， 需要通入3倍于稳定航行时的气体， 故初始时刻的 燃面大小为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115391908 A 3