超空泡减阻技术简介

超空泡减阻技术简介

超空泡是一种物理现象，当物体在水中的运动速度超过185千米/小时后，其尾部就会形成奇异的大型水蒸气沟，将物体与水接触的部分包住，物体接触的介质就由水变成了空气，由于空气密度只有水的1/800，因而就能大幅减少物体所受阻力，物体表面会形成大型空气泡，这就是“超空泡化现象”。

超空泡技术就是在艇体表面和水之间产生一个气体空腔，因此减小了阻力，增大了艇的航速。超空泡现象很长时间一直是令造船工程师们头痛的事，因为超空泡现象经常会在高速旋转的螺旋桨叶片表面产生而使螺旋桨高速“空转”从而损坏螺旋桨叶片。

超空泡技术概述

当航行体与水之间发生高速相对运动时，航行体表面附近的水因低压而发生相变，形成覆盖航行体大部分或全部表面的超空泡。形成超空泡之后，航行体将在气体中航行，由于航行体在水中的摩擦阻力约为在空气中摩擦阻力的850倍，因此，超空泡技术的应用可以使水下航行体的摩擦阻力大幅减小，从而使鱼雷等大尺度水下航行体的速度提高到100m/s的量级，使水下射弹等小尺度水下航行体的航速提高到1000m/s的量级。

超空泡发展过程

当航行体在流体中高速运动时，航行体表面的流体压力就会降低，当航行体的速度增加到某一临界值时，流体的压力将达到汽化压，此时流体就会发生相变，由液相转变为汽相,这就是空化现象。随着航行体速度的不断增加，空化现象沿着航行体表面不断后移、扩大、进而发展成超空化。其发展过程一般可以分为四个状态：游离型空泡、云状空泡、片状空泡和超空泡。

超空泡形成方法

超空泡分为自然超空泡和通气超空泡两种，形成超空泡一般有三种途径：

1）提高航行体的速度；

2）降低流场压力；

3）在低速情况下，利用人工通气的方法增加空泡内部压力。前两种方法形成的为自然超空泡，最后一种方法所得到的就是所谓的通气超空泡。

现有的减阻技术

脊装表面减阻，微气泡减阻，复合材料减阻，超空泡减阻技术。而水下超空泡武器是一种新概念武器，基于这种新概念、新原理设计的水下超空泡武器，其运动速度极高，且不受水声对抗器材的干扰，从而大大提高了水下武器的突防能力。

前苏联海军很早在七十年代就发展了火箭推进的“风雪”超空泡代号为BA－Ⅲ的“暴风”超高速鱼雷，航速已达到370公里/小时（约200节），其气泡一是利用超高速自行产生，二是把鱼雷发动机的尾气引到前面放出。超空泡潜艇的主要问题一是控制运动方向困难，二是气泡长时间的产生。德国正在研究开发的超空泡鱼雷用变换头部来控制运动方向，但是潜艇不太可能变换头部。然而美国人宣称已经解决控制运动方向和长时间产生气泡这两个问题，估计美国的潜艇是用调节气泡喷头的方法来操纵潜艇

的航行方向。德国在二战时制造的Henschel HS-293 和 HS294空对舰导弹鱼雷在高速入水时已经开始利用超空泡现象来延长导弹鱼雷在水中的攻击射程。

中国从20世纪六、七十年代开始了空化与空蚀问题的研究，当时以研究水翼、螺旋桨等水下物体的空化噪声和空蚀等为主。20世纪八、九十年代，开始研究水下物体局部空泡的稳定性和升、阻力特性，空泡对水下兵器的水动力特性影响、带空泡航行体的水下弹道以及出水冲击等问题。

空化器是超空泡试验模型中最重要的组成部分。它一方面在模型头部的流场中产生一个较大的负压峰值，使空泡易于发生，另一方面非流线形的空化器一旦产生空泡, 空泡便总是起始于空化器的最大圆周处,有利于获得稳定和确定的空泡形态。传统的典型空化器主要是圆盘或圆锥空化器。

在水洞试验研究中，靠提高流体的速度和降低工作段压力来降低空泡数使空化器自身产生超空泡很难实现，必须辅以向局部空泡内通气的方式来增加空泡内压力，从而降低空泡数形成通气超空泡。目前采用人工通气的方法生成超空泡已经成为一种非常有效的方法，并被广泛应用于水洞中对超空泡的试验研究。

超空泡形态稳定性技术:通气不稳定性，气泡震荡，自由剪切层的不稳定性。

超空泡尾部的理论闭合方式主要有三种：Riabouchinsky方式（空泡最大直径大于闭合位置处的雷体直径）Joukowski-Roshko方式（空泡最大直径等于闭合位置处的雷体直径）Gilbard-Efros方式（回注射流形式）。

目前，世界各国对超空泡研究的内容都很广泛。超空泡武器能够用于对付水雷、自导鱼雷、小型船舶、高速反舰导弹，甚至低空飞行的飞机和直升机，预计利用超空泡技术，还可能研制出小型超高速水面舰艇、能使整个航母战斗群失效的水下核导弹、以及用于潜艇战的中程无制导摧毁性武器，因此专家认为，这些超空泡系统可能会大大改变海上作战模式。

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