鱼雷阻力及减阻方法

鱼雷阻力及减阻方法 

为了建立鱼雷运动方程，分析鱼雷的运动，就必须知道作用在鱼雷上的力和力矩。作用在鱼雷上的流体动力和力矩可参考鱼雷流体力学方面的书籍。在这一章仅对鱼雷力学中讨论过的内容作一个总结和概括。

鱼雷阻力及减阻方式

阻力与鱼雷运动方向（鱼雷重心速度方向）相反，即沿速度系ox轴的反方向。通常用无因次系数表示

(2-29)

式中	—阻力系数；
	—海水密度；
	V—鱼雷重心的速度；
	S—鱼雷最大横截面积；
	—流体动压力，有时用q表示，

阻力系数可以用鱼雷最大横截面积作为特征面积，也可以用沾湿表面积作为特征面积，可按下式进行换算

式中	—以最大横截面s作为特征面积的阻力系数；
	—以沾湿表面积作为特征面积的阻力系数。

对于一条外形已确定的鱼雷，阻力系数主要取决于攻角和侧滑角，如图2-7所示。

图2-7 阻力系数曲线

由图2-7，阻力系数和攻角的关系可以近似写成

式中表示攻角和侧滑角为零时的阻力系数；A为比例常数；是诱导阻力。

由于鱼雷的轴对称性，阻力系数和侧滑角的关系类同于它与攻角的关系。

对于鱼雷航行的多数情况，和总是很小的，一般在几度范围以内，因此诱导阻力很小，常常将它略去不记，于是，可以认为阻力系数是个常数

=
令
可将式（2-29）改写成

我们知道，摩擦阻力是构成阻力的主要部分(80％)，所以降低摩擦阻力是降低阻力的主要方向。摩擦阻力主要与表面面积及边界层内的流动状态有关。层流边界层的摩擦阻力远小于湍流边界层的摩擦阻力。所以设计良好的外形，保持层流状态都可降低摩擦阻力。另外，减小表面凸起、孔口和间隙，在小攻角下运动及大于1.5D的深度上航行也可降低阻力。

目前人们也正在研究用人工方法降阻，如雷体形状的改变，形成聚合物层流层，边界层加温，边界层抽吸等。

1．外形的优化设计

鱼雷的外形对鱼雷运动阻力影响很大，但鱼雷的直径是不能任意改变的，所以要想改变鱼雷外形，只能改变长细比L/D．以及雷头及雷尾曲线的形状。头部及尾部的外形应成流线形，头部较为尖削者阻力较小，但过份尖削会减小装药量。设计鱼雷外形时，应在保证足够装药量的条件下，选择阻力最小的头部外形。

2．聚合物层流层

将聚合物喷射在壳体表面以降低阻力是一种有价值的设想，这种方法简单，对环境条件不敏感，降阻效果稳定。实际应用时的主要困难在于需要连续供给的聚合物数量较大，以致携带和供给均感困难。目前较为理想的聚台物为聚氧化乙烯(Polyox WSR 301)溶液。这种物质的降阻作用已为大量的实验所证实。

3．边界层吸入

在物面上进行轻度的吸入，以形成一个指向物面的法向速度可以提高层流边界层的稳定性，但过度吸入会使边界层变簿，以致局部区域的摩擦力反而有所增加。吸入的具体结构有多孔表面的连续吸入和在物面上设置窄槽的不连续吸入。前者容易堵塞，后者虽不易堵塞但却会在入口处形成干扰。

4．柔性壁面

从海脉皮的研究中人们发现柔性壁面有稳定边界层的作用。目前人们已作了许多研究与实验。

5．壁面加温

我们知道，水的粘性随温度的升高而降低。因而，如能将鱼雷壳体表面加热，则与完体相邻的一层海水温度也会升高，这必然产生降阻的作用。但是当前的问题是如何使得到的降阻效益大于加热所消耗的热能。

6．微气泡降阻

国内外许多学者研究表明，在紧贴物体壁面边界层下面引入大量的微气泡可以显著降低物体摩擦阻力，据报导降阻效果可达30％。如何形成微气泡是当前主要研究的问题。

从理论上讲，以上一些方法都可以实现降阻的目的，但实际应用中出现的问题都很难解决。这些问题尚待进一步研究解决。