一种基于入水缓冲装置的反潜导弹及控制方法
阅读说明：本技术 一种基于入水缓冲装置的反潜导弹及控制方法 (Anti-submarine missile based on water inlet buffer device and control method ) 是由 齐辉 于家明 郭晶 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于入水缓冲装置的反潜导弹及控制方法,将超空泡的产生原理进行了双向应用,既让尾部的推进装置推动弹体达到空化速度,又让头部空化器喷射反向射流,使水面在弹体到达之前提前空化,从而保证了弹体在整个入水过程中都处于一个完整稳定的超空泡中,避免与水进行直接砰击,给整个弹体结构提供了有效的缓冲作用；由于弹体在入水前就已经达到空化速度,故而相对于头部空化器喷射的反向射流而言,并不需要以太大的速度射出就能满足头部空化目的,即给空化器不需要提供较大的能量；本发明应用了热电转化模块,既解决了动力装置过热的问题,又能将该部分多余无用的能量进行储存再利用,节省了不小的能量成本。(The invention discloses an anti-submarine missile based on an underwater buffer device and a control method, wherein the generation principle of a supercavity is applied in a two-way manner, a tail propelling device is used for pushing a missile body to achieve cavitation speed, and a head cavitator is used for jetting reverse jet flow to ensure that a water surface is cavitated in advance before the missile body arrives, so that the missile body is in a complete and stable supercavity in the whole underwater entering process, direct slamming with water is avoided, and an effective buffer effect is provided for the whole missile body structure; because the projectile body reaches the cavitation speed before entering water, compared with the reverse jet flow ejected by the head cavitator, the projectile body can meet the head cavitation purpose without being ejected at too high speed, namely, the projectile body does not need to provide larger energy for the cavitator; the thermoelectric conversion module is applied, so that the problem of overheating of the power device is solved, the redundant and useless energy can be stored and reused, and the energy cost is saved.)
技术领域
本发明属于导弹结构防护和运动减阻技术领域，具体涉及一种基于入水缓冲装置的反潜导弹及控制方法。
背景技术
近年来，随着我国强军事业地不断发展，国防实力地不断提高，军队配备的武器装备也越发先进。尤其我国提出海洋强国战略以来，各大军种中，海军装备换代速度快，需求量大的特点体现的更加明显。而在众多武器装备中，反潜导弹的重要地位一直都是不言而喻。由于反潜导弹对潜艇具有较大的作战优势，世界各国在利用现有导弹和鱼雷研究成果的基础上竞相发展该种武器。传统的反潜导弹由弹体、战斗部、动力装置、制导装置、电源和减速伞组成，设置减速伞的目的就是防止弹体在高速入水过程中，与流体发生强烈的砰击作用而变形失稳，从而失去作战能力。如果单纯提高弹体结构材料强度或是在弹体表面添加额外防护层，成本又比较大。战场形势瞬息万变，打击目标更是讲求迅速精准，通过入水前减速的传统方式控制入水，不但会大大降低导弹的打击能力和杀伤力，给了敌人避让和反制导的机会，而且更可能错失有利战机。从其发展趋势看，能在不减速的前提下确保弹体入水过程中重要部件结构的稳定，是提高作战效能的重点发展方向。
发明内容
针对现有反潜导弹入水防护技术存在的不足，本发明的目的在于解决现有技术中要么以减速为代价缓解砰击作用，要么安装高耗能，质量大，占用较多空间的缓冲设备等弊端，提供一种以推力矢量技术为基础，热电材料与超空泡技术结合的入水缓冲装置，缓冲防护性能好，自适应能力强，能够节约能耗，保证能量循环利用，提高系统的稳定性和使用寿命。
一种基于入水缓冲装置的反潜导弹，包括弹体(3)、推进装置、尾气整合模块以及头部空化器；所述推进装置包括矢量推进器(1)；所述尾气整合模块包括导气管路、储气腔(7)、电子调压阀门；所述头部空化器包括气体射流口(10)以及压力传感器(11)；
所述储气腔(7)布置在弹体(3)内部，通过喷管(9)与弹体(3)头部设置在气体射流口(10)联通；导气管路一端设置在矢量推进器(1)附近，另一端联通储气腔(7)，用于将矢量推进器(1)送至储气腔(7)；导气管路中设置电子调压阀；储气腔(7)与喷管(9) 连接处设置有电子调压阀；
所述压力传感器(11)设置在气体射流口(10)处。
进一步的，还包括三级TEG热电转化模块，布置在弹体(3)内部，其中的热转化热端(301) 靠近弹体(3)尾部的矢量推进器(1)，热转化冷端(302)远离矢量推进器(1)；当热转化热端(301)与热转化冷端(302)之间出现温差而产生能量，将能量转化为电能，为头部空化器和尾气整合模块供电。
进一步的，所述弹体(3)外侧设置整流罩(8)。
进一步的，所述推进装置还包括制导系统(2)，用于调控矢量推进器(1)的喷管喷射角度。
较佳的，所述导气管路至少为2条，对称布置再弹体(3)内壁上。
进一步的，还包括电路系统(12)和控制设备(6)；所述电路系统(12)将压力传感器(11)的压力值信号传递给控制设备(6)；控制设备(6)根据压力值控制储气腔(7)与喷管(9)连接处设置有电子调压阀的开关。
一种反潜导弹的控制方法，包括：
当弹体(3)飞行至既定入水区域时，调控矢量推进器(1)喷管喷射角度，将弹体(3)调整至垂直入水状态；
控制矢量推进器(1)加大推进功率，保证弹体(3)在短时间内达到空化速度；
导气管路中的电子调压阀达到阀值，开通管路，导气管路收集矢量推进器(1)尾气，运输至储气腔(7)内进行储存；
当压力传感器(11)检测到的压力值达到设定值，打开储气腔(7)与喷管(9)连接处设置有电子调压阀，尾气从气体射流口(10)喷出反向射流打向水面。
本发明具有如下有益效果：
本发明将超空泡的产生原理进行了双向应用，既让尾部的推进装置推动弹体达到空化速度，又让头部空化器喷射反向射流，使水面在弹体到达之前提前空化，从而保证了弹体在整个入水过程中都处于一个完整稳定的超空泡中，避免与水进行直接砰击，给整个弹体结构提供了有效的缓冲作用；
由于弹体在入水前就已经达到空化速度，故而相对于头部空化器喷射的反向射流而言，并不需要以太大的速度射出就能满足头部空化目的，即给空化器不需要提供较大的能量；
经大量研究表明，相同条件下弹体以不同角度入水，与水面垂直抨击时所受冲击最小，运用推力矢量技术可以有效降低弹体入水的冲击上限；
本发明应用了热电转化模块，既解决了动力装置过热的问题，又能将该部分多余无用的能量进行储存再利用，节省了不小的能量成本；热电材料体积小重量轻，不会造成任何环境污染，且工作过程中无噪音，对弹体内部工作环境干扰极小，使用寿命长可回收利用；
本发明充分利用了推进器所产生的尾气，将其提供给头部空化器喷射反向射流，所以结构本身并不需要传统空化器所必要的高压气瓶，节约了占用空间，减轻了结构重量，并且高温尾气射流使得水更容易气化，相较于传统空化器可形成更加稳定的空泡。
附图说明
图1为本发明装置纵截面结构示意图；
其中，1-矢量推进器，2-制导系统，3-弹体，301-热点转化热端，302-热电转化冷端， 401、402-导气管路，501、502-电子调压阀，6-控制设备，7-储气腔，8-整流罩，9-喷管，10-气体射流口，11-压力传感器，12-电路系统。
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。
本发明公开了一种基于入水缓冲装置的反潜导弹，尤其涉及导弹结构防护和运动减阻领域。本发明提供的反潜导弹包括弹体3、推进装置、三级TEG热电转化模块、尾气整合模块以及小型头部空化器。推进装置包括矢量推进器1和计算机制导系统2；三级TEG热电转化模块包括热电转化端头和控制设备6；尾气整合模块包括导气管路401,402、储气腔7、电子调压阀门501,502；头部小型空化器包括整流罩8、喷管9、气体射流口10以及压力传感器11。
为了复利用矢量推进器在作用过程中产生的大量热能，三级TEG热电转化模块的一端，安置在热源推进装置附近，在推进器工作时能够及时吸热，与热电转化模块的另一端形成巨大温差，利用热电材料的塞贝克效应进行小规模的发电；所述尾气整合模块的导气管道通过电子调压阀与弹体尾部推进器相连，由热电转化模块的另一端通过电路进行供能；所述头部小型空化器的喷嘴通过导气管路与尾气整合模块的储气腔相连，由头部前端的压力传感器控制何时从气体射流口喷出射流。
当弹体3飞行至既定入水区域时，由计算机制导系统2调控矢量推进器1喷管喷射角度，将弹体调整至垂直入水状态。
矢量推进器1瞬间加大推进功率，保证弹体在短时间内达到空化速度，同时热电模块开始工作，将大量热能迅速储存并其转化成电能，供给空化器和尾气整合模块；
电子调压阀501和502达到阀值，开通管路，尾气整合模块通过导气管路401和402收集矢量推进器1尾气，运输至储气腔7内进行储存；
头部小型空化器在弹体3即将入水时从气体喷射口10喷出反向射流打向水面，进而劈开水面形成超空泡夹层；
弹体在完整稳定的超空泡夹层中高速进入水中，避免了弹体直接与水直接进行砰击。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参见图1，一种热电材料与超空泡技术结合的反潜导弹入水缓冲装置包括动力部分，内部储能运输部分和缓冲部分。
动力部分：矢量推进器1受计算机制导系统2控制，通过既定算法程序在恰当时机调整喷管喷射方向和输出功率。
内部储能运输部分：由三级TEG热电转化模块和部分尾气整合模块构成，热电转化端头 301安置于动力装置附近，用于吸收多余热量，热电转化端头302安置于弹体结构中间用于给控制设备6和空化器供能，导气管路401和导气管路402贴弹壳内壁铺设，连通尾气喷射口和储气腔7，管路尾部靠近收集端口位置安装有电子调压阀501。
缓冲部分：由头部小型空化器和部分尾气整合模块构成，喷管9与储气腔7相连，由压力传感器11将外部压力值的变化信号通过电路系统12传输给控制设备6，进而由预先设置好的程序给储气腔7前端的电子调压阀502下达相应的开关指令，确保尾气能在需要的时候从气体射流口10喷出，整流罩8为防止空化器整体受气动加热及声振等有害因素的影响而覆盖在弹头外侧。
当弹体飞行至既定入水区域时，由计算机制导系统2调控矢量推进器1喷管喷射角度，将弹体调整至垂直入水状态。此时喷射功率加大，动力装置附近温度迅速升高，热电转化端头301与热电转化端头302形成巨大温差，热电转化模块开始工作，将这部分热能转化成电能进行储备，并通过电路系统12给空化器和尾气整合模块供能，电子调压阀501接收控制信号打开，导气管路401和导气管路402同时对尾气进行收集，并将其传输到储气腔7中。
随着弹体逐渐接近水面，其速度也达到了空化速度。这时，压力传感器11将外部环境压力变化信号传输给控制设备6，算法程序给电子调压阀502下达开启指令，随后储气腔7中的尾气沿着喷管9从气体射流口10挤压喷出，反向射流相对于水面而言具有极大的喷射速度，将水面“劈开”，水面在未与弹体接触时提前空化。如此，弹体在整个高速入水过程中，始终都有一个完整稳定的超空泡夹层将其与水隔离开来，避免了结构与水进行直接砰击，起到缓冲减阻的作用保护弹体结构。
综上所述，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。
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