本發(fā)明屬于海洋結構物毀傷領域，特別是涉及一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置與方法。

背景技術：

1、隨著科技的發(fā)展，高壓氣泡對于海洋結構物的毀傷效果走入研究者的視野。當高壓氣泡脈動頻率與結構物的固有頻率相近時會造成嚴重的總體結構毀傷或失穩(wěn)，同時氣泡射流載荷的損傷效果則是著眼于結構物的局部特征，在海洋結構物表面造成沖擊。高壓脈動氣泡作用在艦船能夠產生中拱和中垂的動彎矩，進而導致艦船整體從中發(fā)生折斷，能夠達到一次性破壞艦船目標。高壓氣泡對于海洋結構物整體毀傷和局部破壞兩方面都有良好的表現(xiàn)，因此水下高壓氣泡的作用在海洋結構物毀傷與保護領域不容忽視。

2、通過多次脈動與射流，氣泡的大部分能量將作用于海洋結構物上，因此增加高壓氣泡脈動能量能夠有效增強對結構的毀傷效果。水下高壓氣泡的能量來源通常是攜帶物質自身進行物化反應所釋放的能量，如一種新型增強氣泡能量的方式為攜帶燃燒劑如鋁粉等材料來釋放大量熱量與氣體?，F(xiàn)有增強氣泡脈動能量的方法通常是提高攜帶物質的量來增加物化反應所釋放的能量，而將水下環(huán)境因素納入考慮從而增強高壓氣泡能量的方法較為稀少。因此將水下環(huán)境因素加以利用，以攜帶材料與水進行化學反應的方式增強水下氣泡脈動能量與射流載荷，能夠為水下高壓氣泡的產生與能量增強提供一種新思路。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷的裝置與方法，以提高傳統(tǒng)水下氣泡脈動能量、射流載荷。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案，根據本發(fā)明的一個方面，提供一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，包括：

3、裝載部，包括嵌套布置的內層殼體和外層殼體，所述外層殼體上間隔設置多個預制凹槽，所述內層殼體內設置含能材料，所述外層殼體與內層殼體之間形成容置產氣材料的容置腔，所述外層殼體上設置有多個與容置腔連通的進水通道；

4、開關組件，一一對應的設置在每個所述進水通道的進水端，用于開啟后單向向容置腔內引入水；

5、聲吶引導系統(tǒng)，用于控制開關組件將所述進水通道打開，并在所述產氣材料與水反應產生氣團增大容置腔壓力使外層殼體在預制凹槽處斷裂后激活含能材料。

6、更進一步的，所述殼體還包括設置在裝載部前端的引導部以及后端的動力推進部，所述聲吶引導系統(tǒng)設置在引導部內。

7、更進一步的，所述含能材料與觸發(fā)器相連，所述觸發(fā)器與聲吶引導系統(tǒng)相連。

8、更進一步的，所述開關組件包括可翻轉圓形殼體、滑槽、可伸縮支撐橫梁、鎖合驅動組件和單向閥，所述可翻轉圓形殼體與對應的進水通道進口端相連，所述可伸縮支撐橫梁滑動連接在可翻轉圓形殼體上設置的滑槽內，所述進水通道側壁上設置有外側殼體凹槽，所述鎖合驅動組件用于驅動可伸縮支撐橫梁插入外側殼體凹槽或抽出外側殼體凹槽，所述單向閥設置在對應的進水通道內，所述可翻轉圓形殼體打開后水由單向閥單向進入容置腔內。

9、更進一步的，所述鎖合驅動組件包括自動卷線機、高強度纜繩、橫梁內部彈簧、可滑動卡扣和弧形部，所述自動卷線機的活動端通過高強度纜繩與可滑動卡扣相連，所述可滑動卡扣滑動連接在外側殼體凹槽且滑動方向與可伸縮支撐橫梁的滑動方向垂直，所述可伸縮支撐橫梁靠近可滑動卡扣一端設置弧形部，所述橫梁內部彈簧一端與可翻轉圓形殼體相連，另一端與可伸縮支撐橫梁相連，當可滑動卡扣與弧形部卡合時、橫梁內部彈簧處于拉伸狀態(tài)且可伸縮支撐橫梁卡合在外側殼體凹槽內，當可滑動卡扣與弧形部脫離時，橫梁內部彈簧恢復形變且可伸縮支撐橫梁與外側殼體凹槽脫離。

10、更進一步的，所述可翻轉圓形殼體通過蝶形鉸鏈轉動連接在進水通道側壁上。

11、更進一步的，所述可翻轉圓形殼體數(shù)量設置有兩個并相對于進水通道內設置有的固定橫梁呈兩側對稱布置。

12、更進一步的，所述單向閥包括單向閥閥體、單向閥閥瓣、單向閥彈簧、導流罩和固定支撐，所述單向閥閥體內設置有固定支撐，所述固定支撐上套設單向閥彈簧，所述單向閥彈簧兩端分別與固定支撐和單向閥閥瓣相連，所述單向閥彈簧常態(tài)下單向閥閥瓣將單向閥閥體的進口端封堵。

13、更進一步的，所述單向閥閥體為文丘里管結構。

14、根據本發(fā)明的另一個方面，提供一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置的方法，包括以下步驟：當聲吶引導系統(tǒng)偵測到指定位置時控制開關組件打開，水由進水通道單向進入容置腔并與產氣材料接觸，產氣材料與水反應產生氣團將外層殼體沿預制凹槽分離破裂后，聲吶引導系統(tǒng)再次發(fā)出信號控制含能材料激活并釋放能量將內層殼體分散，產生高壓氣泡并將產氣材料與水反應產生的氣團吞入，使得氣泡脈動能量增強，射流載荷增加。

15、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

16、1、高能效：通過使用含能材料和產氣材料進行配合，使得產氣材料先與水反應產生氣團并將外層殼體進行撕裂，然后通過含能材料進行能量釋放后將產氣材料先與水反應產生的氣團卷入后增強氣泡的脈動能量和射流載荷，從而使本裝置能夠在水下產生強大的氣泡脈動和射流；

17、2、結構穩(wěn)定性：內層殼體使用陶瓷纖維材料，這種材料具有很好的耐熱性和抗沖擊性，有助于保護內部的含能材料，防止產氣材料先與水反應產生的氣團對含能材料造成影響；

18、3、控制機制：裝置配備了自動卷線機和可伸縮支撐橫梁，允許遠程控制裝置的激活和位置調整，增加了操作的靈活性和安全性，通過自動卷線機控制將可伸縮支撐橫梁從外側殼體凹槽抽出后水壓會將可翻轉圓形殼體向進水通道內翻轉然后通過單向閥單向進入到容置腔內與產氣材料進行反應，且產生的氣團在單向閥的作用下無法從進水通道排出，使得氣團能量積聚能夠將外層殼體進行撕裂配合含能材料來增加氣團的氣泡脈動和射流載荷；

19、4、單向閥設計：通過單向閥控制氣體和水流的單向流動，確保產氣材料產生的氣體能夠有效地在裝置內部積聚，為外側殼體分離提供必要的壓力；

20、5、環(huán)境適應性：裝置的外殼設計允許其在水壓作用下破裂分散，這有助于減少氣泡的分級產生，保障氣泡脈動和射流載荷的增大效應；

21、6、能量釋放效率：通過聲吶引導系統(tǒng)精確控制含能材料激活時機和位置，可以最大化能量釋放效果，減少不必要的能量浪費；

22、8、模塊化設計：裝置的各個組件如單向閥、可翻轉圓形殼體和自動卷線機等，設計均為模塊化，便于維護和更換；

23、9、安全性：通過遠程控制和自動化機制，減少了操作人員在危險環(huán)境中的暴露，提高了操作的安全性；

技術特征：

1.一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于：所述殼體還包括設置在裝載部(2)前端的引導部(1)以及后端的動力推進部(3)，所述聲吶引導系統(tǒng)(7)設置在引導部(1)內。

3.根據權利要求1所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于：所述含能材料(9)與觸發(fā)器(8)相連，所述觸發(fā)器(8)與聲吶引導系統(tǒng)(7)相連。

4.根據權利要求1-3中任一項所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于：所述開關組件包括可翻轉圓形殼體(5)、滑槽(21)、可伸縮支撐橫梁(22)、鎖合驅動組件和單向閥，所述可翻轉圓形殼體(5)與對應的進水通道(6)進口端相連，所述可伸縮支撐橫梁(22)滑動連接在可翻轉圓形殼體(5)上設置的滑槽(21)內，所述進水通道(6)側壁上設置有外側殼體凹槽(28)，所述鎖合驅動組件用于驅動可伸縮支撐橫梁(22)插入外側殼體凹槽(28)或抽出外側殼體凹槽(28)，所述單向閥設置在對應的進水通道(6)內，所述可翻轉圓形殼體(5)打開后水由單向閥單向進入容置腔內。

5.根據權利要求4所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于：所述鎖合驅動組件包括自動卷線機(13)、高強度纜繩(14)、橫梁內部彈簧(25)、可滑動卡扣(26)和弧形部(27)，所述自動卷線機(13)的活動端通過高強度纜繩(14)與可滑動卡扣(26)相連，所述可滑動卡扣(26)滑動連接在外側殼體凹槽(28)且滑動方向與可伸縮支撐橫梁(22)的滑動方向垂直，所述可伸縮支撐橫梁(22)靠近可滑動卡扣(26)一端設置弧形部(27)，所述橫梁內部彈簧(25)一端與可翻轉圓形殼體(5)相連，另一端與可伸縮支撐橫梁(22)相連，當可滑動卡扣(26)與弧形部(27)卡合時、橫梁內部彈簧(25)處于拉伸狀態(tài)且可伸縮支撐橫梁(22)卡合在外側殼體凹槽(28)內，當可滑動卡扣(26)與弧形部(27)脫離時，橫梁內部彈簧(25)恢復形變且可伸縮支撐橫梁(22)與外側殼體凹槽(28)脫離。

6.根據權利要求4所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于：所述可翻轉圓形殼體(5)通過蝶形鉸鏈(23)轉動連接在進水通道(6)側壁上。

7.根據權利要求6所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于：所述可翻轉圓形殼體(5)數(shù)量設置有兩個并相對于進水通道(6)內設置有的固定橫梁呈兩側對稱布置。

8.根據權利要求1所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于：所述單向閥包括單向閥閥體(31)、單向閥閥瓣(32)、單向閥彈簧(33)、導流罩(34)和固定支撐(35)，所述單向閥閥體(31)內設置有固定支撐(35)，所述固定支撐(35)上套設單向閥彈簧(33)，所述單向閥彈簧(33)兩端分別與固定支撐(35)和單向閥閥瓣(32)相連，所述單向閥彈簧(33)常態(tài)下單向閥閥瓣(32)將單向閥閥體(31)的進口端封堵。

9.根據權利要求8所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，其特征在于：所述單向閥閥體(31)為文丘里管結構。

10.一種使用權利要求1、2、3、5、6、7或8所述的一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：當聲吶引導系統(tǒng)(7)偵測到指定位置時控制開關組件打開，水由進水通道(6)單向進入容置腔并與產氣材料(10)接觸，產氣材料(10)與水反應產生氣團將外層殼體(12)沿預制凹槽(4)分離破裂后，聲吶引導系統(tǒng)(7)再次發(fā)出信號控制含能材料(9)激活并釋放能量將內層殼體(11)分散，產生高壓氣泡并將產氣材料(10)與水反應產生的氣團吞入，使得氣泡脈動能量增強，射流載荷增加。

技術總結
為提高傳統(tǒng)水下氣泡脈動能量、射流載荷,本發(fā)明提出了一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷的裝置與方法，屬于海洋結構物毀傷領域。一種利用化學能增加氣泡脈動能量與射流載荷裝置，包括：裝載部，包括嵌套布置的內層殼體和外層殼體，外層殼體上間隔設置多個預制凹槽，內層殼體內設置含能材料，外層殼體與內層殼體之間形成容置產氣材料的容置腔，外層殼體上設置有多個與容置腔連通的進水通道；開關組件，用于開啟后單向向容置腔內引入水；聲吶引導系統(tǒng)，用于控制開關組件將進水通道打開，并在產氣材料與水反應產生氣團增大容置腔壓力使外層殼體在預制凹槽處斷裂后激活含能材料。它主要用于研究和提高高壓氣泡脈動和射流脈動。

技術研發(fā)人員：明付仁,宋雨桐,張阿漫,王詩平,王平平,劉文韜
受保護的技術使用者：哈爾濱工程大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10