魚雷阻力及減阻方法?

為了建立魚雷運動方程，分析魚雷的運動，就必須知道作用在魚雷上的力和力矩。作用在魚雷上的流體動力和力矩可參考魚雷流體力學(xué)方面的書籍。在這一章僅對魚雷力學(xué)中討論過的內(nèi)容作一個總結(jié)和概括。

魚雷阻力及減阻方式

阻力與魚雷運動方向（魚雷重心速度方向）相反，即沿速度系ox軸的反方向。通常用無因次系數(shù)表示

(2-29)

式中	—阻力系數(shù)；
?	—海水密度；
?	V—魚雷重心的速度；
?	S—魚雷最大橫截面積；
?	—流體動壓力，有時用q表示，

阻力系數(shù)可以用魚雷最大橫截面積作為特征面積，也可以用沾濕表面積作為特征面積，可按下式進行換算

式中	—以最大橫截面s作為特征面積的阻力系數(shù)；
?	—以沾濕表面積作為特征面積的阻力系數(shù)。

對于一條外形已確定的魚雷，阻力系數(shù)主要取決于攻角和側(cè)滑角，如圖2-7所示。

圖2-7 阻力系數(shù)曲線

由圖2-7，阻力系數(shù)和攻角的關(guān)系可以近似寫成

式中表示攻角和側(cè)滑角為零時的阻力系數(shù)；A為比例常數(shù)；是誘導(dǎo)阻力。

由于魚雷的軸對稱性，阻力系數(shù)和側(cè)滑角的關(guān)系類同于它與攻角的關(guān)系。

對于魚雷航行的多數(shù)情況，和總是很小的，一般在幾度范圍以內(nèi)，因此誘導(dǎo)阻力很小，常常將它略去不記，于是，可以認為阻力系數(shù)是個常數(shù)

=
令		?
可將式（2-29）改寫成
?

我們知道，摩擦阻力是構(gòu)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。摩擦阻力主要與表面面積及邊界層內(nèi)的流動狀態(tài)有關(guān)。層流邊界層的摩擦阻力遠小于湍流邊界層的摩擦阻力。所以設(shè)計良好的外形，保持層流狀態(tài)都可降低摩擦阻力。另外，減小表面凸起、孔口和間隙，在小攻角下運動及大于1.5D的深度上航行也可降低阻力。

目前人們也正在研究用人工方法降阻，如雷體形狀的改變，形成聚合物層流層，邊界層加溫，邊界層抽吸等。

1．外形的優(yōu)化設(shè)計

魚雷的外形對魚雷運動阻力影響很大，但魚雷的直徑是不能任意改變的，所以要想改變魚雷外形，只能改變長細比L/D．以及雷頭及雷尾曲線的形狀。頭部及尾部的外形應(yīng)成流線形，頭部較為尖削者阻力較小，但過份尖削會減小裝藥量。設(shè)計魚雷外形時，應(yīng)在保證足夠裝藥量的條件下，選擇阻力最小的頭部外形。

2．聚合物層流層

將聚合物噴射在殼體表面以降低阻力是一種有價值的設(shè)想，這種方法簡單，對環(huán)境條件不敏感，降阻效果穩(wěn)定。實際應(yīng)用時的主要困難在于需要連續(xù)供給的聚合物數(shù)量較大，以致攜帶和供給均感困難。目前較為理想的聚臺物為聚氧化乙烯(Polyox WSR 301)溶液。這種物質(zhì)的降阻作用已為大量的實驗所證實。

3．邊界層吸入

在物面上進行輕度的吸入，以形成一個指向物面的法向速度可以提高層流邊界層的穩(wěn)定性，但過度吸入會使邊界層變簿，以致局部區(qū)域的摩擦力反而有所增加。吸入的具體結(jié)構(gòu)有多孔表面的連續(xù)吸入和在物面上設(shè)置窄槽的不連續(xù)吸入。前者容易堵塞，后者雖不易堵塞但卻會在入口處形成干擾。

4．柔性壁面

從海脈皮的研究中人們發(fā)現(xiàn)柔性壁面有穩(wěn)定邊界層的作用。目前人們已作了許多研究與實驗。

5．壁面加溫

我們知道，水的粘性隨溫度的升高而降低。因而，如能將魚雷殼體表面加熱，則與完體相鄰的一層海水溫度也會升高，這必然產(chǎn)生降阻的作用。但是當(dāng)前的問題是如何使得到的降阻效益大于加熱所消耗的熱能。

6．微氣泡降阻

國內(nèi)外許多學(xué)者研究表明，在緊貼物體壁面邊界層下面引入大量的微氣泡可以顯著降低物體摩擦阻力，據(jù)報導(dǎo)降阻效果可達30％。如何形成微氣泡是當(dāng)前主要研究的問題。

從理論上講，以上一些方法都可以實現(xiàn)降阻的目的，但實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題都很難解決。這些問題尚待進一步研究解決。