超空泡减阻发展现状——乌克兰/俄罗斯
现有的减阻技术
• 脊装表面减阻 起源于仿生学对鲨鱼等鱼类表皮的研究，通过在研究对象外 表面加工具有一定形状尺寸的脊状结构，就能达到很好的减 阻效果。根据脊状结构的分布规律与流体流速方向的不同， 该减阻方法又可分为随性波表面减阻和沟槽表面减阻。
• 微气泡减阻 微气泡减阻是通过某种方式在壁面形成一层薄的微气泡与流 体的混合层，改变边界层的内部结构，亦即改变近壁区流体 流动的运动学和动力学特性，达到降低摩擦阻力的目的。
自然超空泡与通气超空泡区别
需要指出的是虽然通气空泡由超空泡、附着空泡到游移空泡的溃灭 过程与生成过程类似，但是两者并非可逆的，溃灭过程与生成过程 相比存在滞后效应。如上所述，当局部空泡转变为超空泡时存在某 一临界空泡数，与之相对应存在某一临界通气量。所谓滞后效应是 指生成过程中形成超空泡所需的临界通气量大于溃灭过程中超空泡 消失时的临界通气量。滞后效应的形成原因可能与通气超空泡产生 的自激振有关。
水翼表面产生的空泡形态
导弹表面产生的空泡形态
超空泡形态特性
超空泡形成方法
超空泡分为自然超空泡和通气超空泡 两种，形成超空泡一般有三种途径：
1）提高航行体的速度； 2）降低流场压力； 3）在低速情况下，利用人工通气的方法 增加空泡内部压力。前两种方法形成的为 自然超空泡，最后一种方法所得到的就是 所谓的通气超空泡。
水下超空泡武器是一种新概念武器，基于这种新概念、新原 理设计的水下超空泡武器，其运动速度极高，且不受水声对 抗器材的干扰，从而大大提高了水下武器的突防能力。目前， 俄罗斯(乌克兰)在超空泡领域的研究处于世界领先地位，但 是直到2000年8月俄罗斯最先进的奥斯卡Ⅱ级库尔斯克号核潜 艇在演习时发生神秘爆炸，人们才真正了解到俄罗斯正在研 制的超空泡技术目前达到的水平。
超空泡发展过程
当航行体在流体中高速运动时，航行体表 面的流体压力就会降低，当航行体的速度 增加到某一临界值时，流体的压力将达到 汽化压，此时流体就会发生相变，由液相 转变为汽相,这就是空化现象。随着航行 体速度的不断增加，空化现象沿着航行体 表面不断后移、扩大、进而发展成超空化。 其发展过程一般可以分为四个状态：游离 型空泡、云状空泡、片状空泡和超空泡。
超空泡减阻技术主要内容
• 超空泡中的基本概念 • 超空泡中的关键技术 • 超空泡技术的研究方法
超空泡中的基本概念
• 超空泡现象概述 • 超空泡发展过程 • 超空泡形成方法 • 超空泡减阻技术
空化概念
液体绕物体快速运动时压力会下降，这一规 律瑞典科学家伯努利在1895 年就发现了，这 就是今天流体动力学上的“伯努利定律”。 随着速度的增加，当液体压力等于水蒸气压 力时，液体便由水相变为气相，形成水蒸气。 空泡会使水流发生畸变，从而损失水泵、涡 轮水翼和推进器的使用效率，还可能导致强 冲击波的出现，引起金属面的腐蚀。舰船设 计师经常要与制造麻烦的空泡打交道，试图 避免出现空泡现象，如将船体设计成流线型 等。
库尔斯克号沉没之谜
俄罗斯“库尔斯克”号多用途战役导弹核潜艇是由俄 “王牌”武器设计局－“红宝石”设计局设计的，潜 艇上的许多设计方案都是世界上独一无二的。该艇由 俄北德文斯克造船厂制造，1994年5月下水，1995年1 月正式加入俄北方舰服役，为“奥斯卡‖”级核潜艇， 是俄海军最新的战略核潜艇之一，也是当今世界最大 的核潜艇之一，造价10亿美元的库尔斯克号核潜艇， 是俄罗斯最先进的防御武器。它有两座核反应堆，潜 艇长150米，有6层楼高，体积达到了大型喷气式客机 的两倍以上。库尔斯克号拥有独特的双壳艇身和9个防 水隔舱，即使被鱼雷直接击中也不会沉没。2000年8月 12日上午，一阵猛烈的爆炸发生在库尔斯克号上，这 场危机为什么发展得如此之快，竟使潜艇来不及浮出 水面？为什么没有人生还？
自然超空泡形态特性
弹体入水时速度最大，空泡数最小，超空泡稍微滞后达 到最大尺寸；随着速度逐渐降低，空泡数逐渐增大，超 空泡的尺寸逐渐减小；当弹体速度降低到较小值时，超 空泡的边界逐渐模糊、蜕化为局部空泡；速度继续降低， 则空泡进一步剥离溃灭气泡融入尾流，直至消失。
通气超空泡形态特性
通气开始时在空化器后形成一个有大量气泡组成的游移型空泡，当 通气量足够大以至气泡密度达到某一临界值时，游移型空泡转变为 椭球形的附着空泡，在附着空泡内部可以看到剧烈的回注射流向前 发展并与通入的气体相互作用形成雾状多相流区域，使得附着空泡 看上去比较混浊。继续增加通气量使得通气空泡数降低到某一阀值 后，空泡长度和厚度突然明显增加，由混浊的局部空泡转变为覆盖 模型大部分表面的透明的超空泡。
伊朗试射神秘潜射导弹
2006年4月2日，伊朗在波斯湾海域举行大规 模军演时发射一枚名为“鲸”（波斯语“胡 特”）的高速鱼雷。该鱼雷从一艘水面舰艇 上发射，入水后以极快的速度（100米/秒） 成功击沉一艘靶舰。从该鱼雷的外形、速度、 发射尾焰和气泡轨迹来看，都与俄罗斯的 “暴风”超空泡鱼雷相似。专家普遍认为， 这是一种超空泡鱼雷，由此也引发世人对超 空泡武器的关注。
空化对于水利机械的影响
• 插入空化影图片
超空泡技术概述
当航行体与水之间发生高速相对运动时，航行体表面附 近的水因低压而发生相变，形成覆盖航行体大部分或全 部表面的超空泡。形成超空泡之后，航行体将在气体中 航行，由于航行体在水中的摩擦阻力约为在空气中摩擦 阻力的850倍，因此，超空泡技术的应用可以使水下航行 体的摩擦阻力大幅减小，从而使鱼雷等大尺度水下航行 体的速度提高到100m/s的量级，使水下射弹等小尺度水 下航行体的航速提高到1000m/s的量级
• 复合材料减阻 当流体流经疏水表面时产生了壁面滑移，使得边界面上的速 度梯度减小，从而减小了边界上的剪切力；由于边界面上的 速度梯度减小，推迟了层流附着面流态的转变，使得附着面 的层流流态更加稳定，也使得层流边界层的厚度增加；同时 疏水表面微凸柱间的流体剖面形状证实了确实存在无剪切空 气-水面。
超空泡减阻技术