1.本发明涉及空化器入水技术领域，具体而言是一种带翼型多级联动空化器的高速入水复合缓冲结构。
背景技术：
2.为了有效降低航行阻力，水下航行体头部一般安装有空化器，利用空化器产生的超空泡将航行体包裹其中。然而，传统的空化器为一体式的固定盘面，不具备改变超空泡航态的功能。而航行体水下航行过程中会面临各种各样的工况，有时难以维持航行体被超空泡完全包裹的状态，由于固定尺寸的空化器在同等航速情况下所生成的超空泡固定不变，因此，当航态改变，传统的空化器很有可能不能保证航行体时刻处于超空泡航行状态。对此，设计一种可调节的空化器，能够在航态改变时对空化器盘面进行调节和补偿，确保航行体能时刻保持超空泡航行状态成为一项重要任务。灵活的空化器调节装置配合稳定精密的控制系统，可以实现对航行体超空泡航行的有效控制，既能够维持超空泡航行，也具备较好的入水冲击降载功能，具备组合功能的装置将成为未来水下航行体发展的重点和难点。同时，具有很好的应用前景和工程价值。
3.现有的航行体降载多数采用泡沫材料或者是传统的阻尼器进行降载，降载能力有限。
技术实现要素：
4.根据上述技术问题，本发明提出了一种带翼型多级联动空化器的高速入水复合缓冲结构，通过调节空化器有效盘面直径的方式达到控制超空泡的大小，利用翼型调节片装置、第一伸缩臂、空化器圆盘伸缩片的联动，实现对入水航行体航行产生的超空泡进行调节，以达到确保航行体超空泡具有足够的尺寸将航行体完全包裹作用的同时，最大程度地降低航行阻力的目的。该装置还采取了反向喷气、阻尼器、非牛顿流体、缓冲气囊等多级缓冲降载措施。在实现控制航行体空化过程的同时具备较强的缓冲降载功能。
5.本发明采用的技术手段如下：
6.一种带翼型多级联动空化器的高速入水复合缓冲结构，包括设置在航行体的头端的空化器，所述空化器包括空化器主体，所述空化器主体的中心通过阻尼器与所述航行体的头部中心连接，所述空化器主体的前端可分离连接有头部整流罩装置，所述空化器还包括设置在所述空化器主体上的多个空化器圆盘伸缩片，多个所述空化器圆盘伸缩片围绕所述空化器主体的轴线均匀分布，并与所述空化器主体滑动连接，所述空化器主体上设有驱动所述空化器圆盘伸缩片沿所述空化器主体的径向伸缩的第一伸缩臂。
7.进步一地，所述空化器圆盘伸缩片呈扇形结构；
8.所述空化器主体与所述第一伸缩臂的安装端铰接，且所述第一伸缩臂呈径向延伸，所述空化器圆盘伸缩片靠近所述空化器主体的一端为双片式结构，两片将所述空化器主体夹持在中间，所述空化器圆盘伸缩片上加工有缺口，所述第一伸缩臂位于所述缺口内，
且所述第一伸缩臂的输出端与所述缺口的端部铰接。
9.进步一地，围绕所述阻尼器的轴线设有翼型调节片装置；
10.所述翼型调节片装置包括多个中空的外翼型调节片，相邻两个外翼型调节片之间设有内翼型调节片，且所述内翼型调节片的两侧设置在所述外翼型调节片内，并与所述外翼型调节片滑动连接；所述内翼型调节片与所述空化器圆盘伸缩片相对应；
11.所述外翼型调节片的后端与所述航行体的外沿铰接，所述内翼型调节片靠近其前端的一侧与倾斜设置的第二伸缩臂输出端铰接，所述第二伸缩臂的固定端与所述内翼型调节片相对应的空化器圆盘伸缩片固定连接。
12.进步一地，围绕所述阻尼器的轴线设有多个缓冲气囊，且所述缓冲气囊的前端连接有非牛顿流体储藏袋，所述非牛顿流体储藏袋内具有非牛顿流体，所述非牛顿流体储藏袋和所述缓冲气囊位于所述航行体、所述翼型调节片装置和所述空化器所围成的空间内。
13.进步一地，所述航行体内设有储气装置，所述空化器主体的前端中心设有第一喷气口，所述储气装置和所述第一喷气口通过第一通气管路系统连通。
14.进步一地，所述阻尼器包括第一外套筒，所述第一外套筒内设有第一储油腔，所述第一外套筒内设有第一活塞杆，所述第一活塞杆的前端穿出所述第一外套筒与所述空化器主体固定连接，所述第一活塞杆的后端具有第一活塞，所述第一活塞与所述第一外套筒前端之间的部分设有套在所述第一活塞杆上的拉弹簧，所述第一外套筒的后端与所述航行体的头端固定连接，所述第一外套筒的后端与所述第一活塞之间的部分形成第一液压油腔体，且所述第一液压油腔体与所述第一储油腔连通。
15.进步一地，所述第一通气管路系统包括第一通气管，所述第一通气管的后端通过第一通气阀门与所述储气装置连通，所述第一通气管的前端依次穿过所述第一外套筒的后端中心、第一活塞的中心，并穿入所述第一活塞杆内，且与所述第一活塞杆和所述第一活塞的内壁气密式滑动连接，所述第一活塞杆靠近其前端的内部具有缓冲气腔，所述缓冲气腔的后端与第一通气管的前端连通，所述缓冲气腔内设有轴线与所述第一活塞杆轴线重合的第一压弹簧，所述第一通气管的端面与第一压弹簧相抵，所述第一活塞杆的前端设有与所述缓冲气腔连通的通孔，所述通孔的前端通过第二通气阀门与所述第一喷气口连通。
16.进步一地，所述头部整流罩装置包括头部整流罩和整流罩支架，所述头部整流罩与所述整流罩支架的前端可分离连接，所述整流罩支架的后端与所述空化器主体的第一通气口可分离连接。
17.进步一地，所述第一伸缩臂包括伸缩臂外套筒，所述伸缩臂外套筒内设有与所述伸缩臂外套筒相配合的伸缩臂活塞，所述伸缩臂活塞将所述伸缩臂外套筒分隔为两部分，其中一部分为伸缩臂空气腔，且所述伸缩臂空气通过软管和第三通气阀门与所述通孔连通；另一部分中具有伸缩臂活塞杆，且所述伸缩臂活塞杆穿出所述伸缩臂外套筒，且所述伸缩臂活塞杆位于所述伸缩臂外套筒内的部分套有第二压弹簧；
18.所述伸缩臂外套筒与所述空化器主体连接，所述伸缩臂活塞杆远离所述伸缩臂活塞的一端与所述空化器圆盘伸缩片连接。
19.进步一地，所述第二伸缩臂包括第二外套筒，所述第二外套筒内设有第二储油腔，所述第二外套筒内设有第二活塞杆，所述第二活塞杆的后端穿出所述第二外套筒与所述内翼型调节片铰接，所述第二活塞杆的前端具有第二活塞，所述第二活塞与所述第二外套筒
前端之间的部分设有套在所述第二活塞杆上的第三压弹簧，所述第二外套筒的前端与所述空化器圆盘伸缩片铰接，所述第二外套筒的前端与所述第二活塞之间的部分形成第二液压油腔体，且所述第二液压油腔体与所述第二储油腔连通。
20.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
21.1、本发明提供的一种带翼型多级联动空化器的高速入水复合缓冲结构，通过空化器主体、空化器圆盘伸缩片和第一伸缩臂的配合，实现了空化器有效盘面直径的改变，进而实现了控制超空泡的大小的目的。
22.2、本发明利用翼型调节片装置、第一伸缩臂、空化器圆盘伸缩片的联动实现航行体产生的超空泡的大小进行调节的同时，能够最大程度降低航行阻力，且能够实现航行体在飞行过程中航行阻力的大范围降低。
23.3、本发明采用第一喷气口的反向喷气、阻尼器的阻尼缓冲、非牛顿流体和缓冲气囊的柔性缓冲等多级缓冲降载措施，对航行体入水过程中实现多级降载。
24.4、在入水前将空化器圆盘伸缩片全部伸展开以后，正对着水面的高速气流在通过翼型调节片的表面时，根据伯努利原理，有从翼型调节片内侧向外的推力f，辅助各伸缩臂保持空化器圆盘伸缩片入水前始终处于展开的稳定状态。更大的空化器圆盘面积更加有利于产生大的超空泡。
25.基于上述理由本发明可在航行体入水等领域广泛推广。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明具体实施方式中一种带翼型多级联动空化器的高速入水复合缓冲结构三维视图。
28.图2为本发明具体实施方式中一种带翼型多级联动空化器的高速入水复合缓冲结构主视图。
29.图3为图2中a
‑
a向剖视图。
30.图4为本发明具体实施方式中一种带翼型多级联动空化器的高速入水复合缓冲结构前端放大示意图。
31.图5为本发明具体实施方式中空化器结构示意图(只保留一个空化器圆盘伸缩片、一个外翼型调节片和一个内翼型调节片)。
32.图6为本发明具体实施方式中空化器圆盘伸缩片收缩时示意图。
33.图7为本发明具体实施方式中空化器圆盘伸缩片展开时示意图。
34.图8为本发明具体实施方式中阻尼器和第一通气管路系统示意图。
35.图9为本发明具体实施方式中第一伸缩臂和第二伸缩臂结构示意图。
36.图10为本发明具体实施方式中头部整流罩装置结构示意图。
37.图11为本发明具体实施方式中航行体在空中航行状态示意图。
38.图12为本发明具体实施方式中航行体靠近水面头部整流罩脱离后示意图。
39.图13为本发明具体实施方式中航行体靠近水面整流罩支架脱离后示意图。
40.图14为本发明具体实施方式中航行体靠近水面第一喷气口喷气示意图。
41.图15为本发明具体实施方式中航行体入水在超空泡中航行示意图。
42.图16为本发明具体实施方式中翼型调节片装置前端扩张后受力示意图。
43.图中：1、航行体；2、空化器；201、空化器主体；202、空化器圆盘伸缩片；3、阻尼器；301、阻尼器基座；302、第一外套筒；303、第一活塞杆；304、第一活塞；305、拉弹簧；306、第一液压油腔体；4、头部整流罩装置；401、头部整流罩；402、整流罩支架；5、第一伸缩臂；501、伸缩臂外套筒；502、伸缩臂活塞；503、伸缩臂空气腔；504、软管；505、伸缩臂活塞杆；506、第二压弹簧；507、第三通气阀门；6、储气装置；601、第一喷气口；602、第一通气管；603、第一通气阀门；604、第一压弹簧；605、通孔；606、第二通气阀门；7、翼型调节片装置；701、外翼型调节片；702、内翼型调节片；703、侧整流罩；8、缓冲气囊；9、非牛顿流体储藏袋；10、第二伸缩臂；1001、第二外套筒；1002、第二活塞杆；1003、第二活塞；1004、第三压弹簧；1005、第二液压油腔体。
具体实施方式
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
47.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
48.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理
解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
49.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
50.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
51.如图1～16所示，本发明公开一种带翼型多级联动空化器的高速入水复合缓冲结构，包括设置在航行体1的头端的空化器2，所述空化器2包括空化器主体201，所述空化器主体201的中心通过阻尼器3与所述航行体1的头部中心连接，所述空化器主体201的前端可分离连接有头部整流罩装置4，所述空化器2还包括设置在所述空化器主体201上的多个空化器圆盘伸缩片202，多个所述空化器圆盘伸缩片202围绕所述空化器主体201的轴线均匀分布，并与所述空化器主体201滑动连接，所述空化器主体201上设有驱动所述空化器圆盘伸缩片202沿所述空化器主体201的径向伸缩的第一伸缩臂5。
52.围绕所述阻尼器3的轴线设有翼型调节片装置7；
53.围绕所述阻尼器3的轴线设有多个缓冲气囊8，且所述缓冲气囊8的前端连接有非牛顿流体储藏袋9，所述非牛顿流体储藏袋9内具有非牛顿流体，所述非牛顿流体储藏袋9和所述缓冲气囊8位于所述航行体1、所述翼型调节片装置7和所述空化器2所围成的空间内。
54.所述翼型调节片装置7包括多个中空的外翼型调节片701，相邻两个外翼型调节片701之间设有内翼型调节片702，且所述内翼型调节片702的两侧设置在所述外翼型调节片701内，并与所述外翼型调节片701滑动连接；所述内翼型调节片702与所述空化器圆盘伸缩片202相对应(数量和位置均对应)；外翼型调节片701的空腔要求能够使内翼型调节片702在其内完成一定的上下及左右移动，对外翼型调节片701的剖面进行精确计算可以达到对外翼型调节片701的移动进行限位的目的，间接实现对空化器圆盘伸缩片202的径向移动范围进行限定，最终限制空化器2的圆盘伸缩尺寸。
55.所述外翼型调节片701的后端与所述航行体1的外沿铰接(本实施例中在所述航行体1的外沿固定有侧整流罩703，所述外翼型调节片701的后端与所述侧整流罩703铰接，侧整流罩703为一体成型，材料为高强度铝合金材料)，所述内翼型调节片702靠近其后端的一侧与倾斜设置的第二伸缩臂10的输出端铰接，所述第二伸缩臂10的固定端与所述内翼型调节片702相对应的空化器圆盘伸缩片202固定连接。
56.所述第二伸缩臂10包括第二外套筒1001，所述第二外套筒1001内设有第二储油腔，所述第二外套筒1001内设有第二活塞杆1002，所述第二活塞杆1002的后端穿出所述第二外套筒1001与所述内翼型调节片702铰接，所述第二活塞杆1002的前端具有第二活塞1003，所述第二活塞1003与所述第二外套筒1001前端之间的部分设有套在所述第二活塞杆
1002上的第三压弹簧1004，所述第二外套筒1001的前端与所述空化器圆盘伸缩片202铰接，所述第二外套筒1001的前端与所述第二活塞1003之间的部分形成第二液压油腔体1005，且所述第二液压油腔体1005与所述第二储油腔连通。
57.所述航行体1内设有储气装置6，所述空化器主体201的前端中心设有第一喷气口601，所述储气装置6和所述第一喷气口601通过第一通气管路系统连通。
58.所述阻尼器3包括第一外套筒302，所述第一外套筒302的后端通过阻尼器基座301与所述航行体1的头部固定连接，所述第一外套筒302内设有第一储油腔，所述第一外套筒302内设有第一活塞杆303，所述第一活塞杆303的前端穿出所述第一外套筒302与所述空化器主体201固定连接，所述第一活塞杆303的后端具有第一活塞304，所述第一活塞304与所述第一外套筒302前端之间的部分设有套在所述第一活塞杆303上的拉弹簧305，所述第一外套筒302的后端与所述第一活塞304之间的部分形成第一液压油腔体306，且所述第一液压油腔体306与所述第一储油腔连通。
59.所述第一通气管路系统包括第一通气管602，所述第一通气管602的后端通过第一通气阀门603与所述储气装置6连通，所述第一通气管602的前端依次穿过所述第一外套筒302的后端中心、第一活塞304的中心，并穿入所述第一活塞杆303内，所述第一通气管602与所述第一外套筒302密封连接，且与所述第一活塞杆303和所述第一活塞304的内壁气密式滑动连接，所述第一活塞杆303靠近其前端的内部具有缓冲气腔，所述缓冲气腔的后端与第一通气管602的前端连通，所述缓冲气腔内设有轴线与所述第一活塞杆303轴线重合的第一压弹簧604，所述第一通气管602的端面与第一压弹簧604相抵，所述第一活塞杆303的前端设有与所述缓冲气腔连通的通孔605，所述通孔605的前端通过第二通气阀门606与所述第一喷气口601连通。
60.所述空化器圆盘伸缩片202呈扇形结构；
61.所述空化器主体与所述第一伸缩臂5的安装端铰接，且所述第一伸缩臂5呈径向延伸，所述空化器圆盘伸缩片202靠近所述空化器主体201的一端为双片式结构，两片将所述空化器主体201夹持在中间，所述空化器圆盘伸缩片202上加工有缺口；所述第一伸缩臂5包括伸缩臂外套筒501，所述伸缩臂外套筒501内设有与所述伸缩臂外套筒501相配合的伸缩臂活塞502，所述伸缩臂活塞502将所述伸缩臂外套筒501分隔为两部分，其中一部分为伸缩臂空气腔503，且所述伸缩臂空气503通过软管504和第三通气阀门507与所述通孔605连通；另一部分中具有伸缩臂活塞杆505，且所述伸缩臂活塞杆505穿出所述伸缩臂外套筒501，且所述伸缩臂活塞杆505位于所述伸缩臂外套筒501内的部分套有第二压弹簧506；所述伸缩臂外套筒501位于所述缺口内，且所述伸缩臂外套筒501的端部与所述空化器主体201铰接，所述伸缩臂活塞杆505的输出端与所述缺口的端部铰接。伸缩臂空气腔503的泄气可通过设置泄气阀或其他方式实现。
62.所述头部整流罩装置4包括头部整流罩401和整流罩支架402，所述头部整流罩401与所述整流罩支架402的前端可分离连接，所述整流罩支架402的后端与所述空化器主体201的第一通气口601可分离连接。头部整流罩401呈锥型或尖拱型，头部整流罩401是由多瓣壳体组成，相邻两瓣壳体之间通过连接结构连接；连接结构处设有爆破装置，航行体1内设有引爆爆破装置的引爆装置，引爆装置引爆爆破装置后，整流罩沿相邻两瓣壳体之间的连接结构处分离。连接结构为“弱结构”，可以为强力胶，将相邻两瓣壳体粘结在一起，可以
为薄板，与相邻两瓣壳体固定连接，即确保具有一定的强度，能够承受空气中高速飞行时的空气阻力，保持气密性，不会变形或者破坏；同时，可以被实现安装在内侧的线爆结构爆破分解，使得合金制作的头部整流罩401分离。所述整流罩支架402的后端通过电磁铁与所述第一喷气口601吸附连接，当电磁铁不在吸附时，第一喷气口601喷出的气体将整流罩支架402吹走。
63.工作状态下：
64.如图11所示，航行体1首先在空中飞行一段距离，此时为了降低飞行阻力，通过调节第一伸缩臂5、第二伸缩臂10使得空化器圆盘伸缩片202沿径向向内收缩，翼型调节片装置7靠近头部整流罩401的一侧向内收缩，这样使得空化器2和翼型调节片装置7整体呈现较好的流线型，降低飞行风阻(图6)。
65.如图12所示，当传感器检测到航行体1距离水面一定的距离时，通过航行体1内的引爆装置引爆爆破装置，实施对头部整流罩401多瓣结构连接处的进行爆破，促使头部整流罩壳体401分解并脱出。
66.如图13所示，对固定整流罩支撑架402和第一喷气口601的电磁铁断电，在高压气体的作用下，整流罩支撑架402将被吹出脱离空化器2，由此完成头部整流罩401及整流罩支撑架402与空化器2的分离。
67.如图14所示，同时，控制打开第一通气阀门603和第二通气阀门606，此时储存在储气装置6内的高压气体通过第一通气管602、通孔605，从第一喷气口601喷出，向水面方向喷气，航行体1实施反向喷气降速降载。
68.如图15所示，航行体1进一步接近水面时，打开第一通气阀门603和第三通气阀门507，储气装置6内的高压气体通过第一通气管602、通孔605、软管504进入伸缩臂空气腔503内，伸缩臂活塞杆505由此被向外推出(沿径向方向)，挤压第二压弹簧506，在伸缩臂活塞杆505的推动下，空化器圆盘伸缩片202沿着圆盘径向向外扩展，实现空化器2的展开(图7)。同时，在第二伸缩臂10的带动下，内翼型调节片702也向外伸展，带动外翼型调节片也向外伸展，完成空化器2径向尺寸的扩大，同时高速气流通过外翼型调节片701和内翼型调节片702的翼型尖端，产生较大的外向推力(如图16)，辅助第一伸缩臂5和第二伸缩臂10保持翼型调节片装置处于扩展状态直至航行体1撞水。在撞水的毫秒级时间内，阻尼器3、非牛顿流体储藏袋9内的非牛顿流体、缓冲气囊8及第二伸缩臂10同时对航行体1进行降载。入水后，航行体1可以持续保持被超空泡完全包裹的状态。
69.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。