概念
開展高壓氣吹除主壓載水艙模型的研究時，通過分析潛艇高壓氣吹除主壓載水艙物理模型特徵，建立了高壓氣吹除主壓載水艙短路吹除和常規吹除模型，並進行了仿真計算，為開展物理模型實驗提供理論依據。結果表明，拉瓦爾噴管流量模型比較適用，壓載水艙的排水量主要取決於高壓氣吹除率和高壓氣吹除使用方式，相同條件下某型潛艇高壓氣吹除系統短路吹除的排水量是常規吹除的2倍多。
潛艇肼吹除技術研究
研究背景
肼吹除裝置1∶20原理樣機 背壓排水試驗流程框圖當潛艇發生事故需要緊急上浮時，一般採用高壓空氣吹除，但吹除速度 和吹除能力都不能滿足潛艇在較大深度下的應急吹除要求，給潛艇的水下航行帶來了很大的危險。肼分解應急吹除技術能使潛艇迅速上浮。肼在極短的時間內能分解產生大量穩定的小分子氣體，不僅產氣效率高，而且能夠在較長的時間內保持穩定的浮力。由於肼分解技術的上述特點，肼吹除裝置特別適用於大深度時的潛艇應急上浮的需要。
潛艇肼吹除技術原理
研究採用92%的肼在催化劑上的快速反應，產生大量的小分子氣體，將壓載水艙的海水排到艇外，使潛艇迅速產生浮力。啟動裝置到產生足夠量吹除氣體的時間，僅為十幾秒鐘。催化劑載體作為活性組分的骨架對催化劑性能影響很大。按肼吹除催化劑的使用環境及技術要求，對國內典型的載體的性能進行分析比較後，認為球形型氧化鋁具有強度高 、耐熱性好的優點。
研究結論
在潛艇肼吹除技術研究中研製的關鍵材料催化劑對肼分解的x值達到0.595，略高於德國同類產品，具備了實艇套用的技術水平。1：20原理樣機的設計和製造是成功的，陸地肼分解排水模擬潛艇應急吹除的試驗，安全、可控、可靠。該研究為實艇肼吹除裝置的設計、製造和裝艇使用打下了良好的技術基礎。
潛艇高壓氣吹除主壓載水艙系統模型研究
在危及潛艇安全的各類事故中，其中高速航行的潛艇發生尾升降舵大下潛舵角舵卡和低速航行的潛艇發生艙室大量進水(主要是海水管路破損)最為引人注目。潛艇發生尾升降舵舵卡時，由於水動力的作用，潛艇迅速形成大角度下潛縱傾，潛深急劇增加，潛艇將造成大縱傾和超越極限深度而失事。潛艇艙室進水後，艙室進水量取決於舷外海水的壓力和破口大小，在一定航速下，潛艇承受剩餘靜載的能力有限，最終由於艙室大量進水而使潛艇失事。潛艇艙室破損進水後，通常最有效的方法是通過吹除部分或全部主壓載水艙的壓載水獲得正浮力和校正力矩，使潛艇迅速浮至水面，這個過程稱為潛艇應急起浮。
當潛艇在水下較高航速發生尾卡大下潛舵角、潛艇艙室通海管路破損進水以及耐壓艙室破損進水等重大險情事故時，在現有的應急操縱技術條件下，只能利用高壓氣吹除主壓載水艙獲取正浮力和校正力矩實施應急起浮使潛艇上浮至水面。潛艇高壓氣吹除主壓載水艙模型建立的準確與否嚴重影響潛艇事故時挽回成功與否，影響潛艇應急挽回操縱運動特性研究。因此，有必要開展潛艇高壓氣吹除主壓載水艙的理論研究、仿真研究和物理模型實驗研究，通過不同研究手段獲取高壓氣吹除主壓載水艙的研究模型。
高壓氣吹除主壓載水艙系統模型
圖 1 高壓氣吹除主壓載水艙系統原理圖潛艇高壓氣吹除主壓載水艙系統由高壓氣瓶、管路、閥件以及壓載水艙 4部分組成。系統模型分成高壓氣瓶流量、高壓氣管路流動壓降、壓載水艙氣體膨脹以及壓載水艙排水4個部分，如圖1所示。
潛艇潛浮系統是潛艇操縱控制系統的重要組成部分，而高壓氣吹除主壓載水艙系統是潛艇潛浮系統的主要組成部分，其主要功能是使潛艇從水下狀態上浮至水面狀態,具有正常吹除、應急吹除和短路吹除3種工作模式。正常吹除是潛艇正常上浮時利用高壓氣吹除壓載水艙使潛艇由水下上浮至潛勢狀態，然後再利用低壓吹除系統使潛艇上浮至水面巡航狀態；應急吹除是直接利用高壓氣吹除主壓載水艙使潛艇從水下上浮至水面巡航狀態；短路吹除是應急情況下的大流量吹除，設定專門的高壓空氣短路吹除系統，專用的高壓氣瓶不經過高壓閥住，直接將高壓氣吹入首部主壓載水艙，可大大提高高壓氣吹除率。
高壓氣瓶釋放流量模型
為了研究方便，將潛艇上用於吹除的氣瓶等效為1個高壓空氣分路箱，用於控制高壓氣吹入各主壓載水艙。將潛艇上用於吹除的氣瓶分為2部分，一部分氣瓶高壓氣直接吹入主壓載水艙，即短路吹除；另一部分氣瓶高壓氣需經過高壓氣控制裝置後再吹入壓載水艙，即常規吹除。
當短路吹除主壓載水艙時，高壓氣直接流入主壓載水艙，由於短路吹除時管路長度相比常規吹除小得多，故可不考慮管路的摩擦和壓降，拉瓦爾噴管即先縮後放的縮放噴管，可以使氣流從亞聲速加速到超聲速，因此可將高壓氣從高壓氣瓶流向高壓管路的流動模擬為拉瓦爾噴管流動模型。
研究結論
通過分析潛艇高壓氣吹除壓載水艙系統特徵，建立了高壓氣吹除主壓載水艙短路吹除和常規吹除模型，並通過算例對所建立的模型進行仿真計算，為下一步開展潛艇高壓氣吹除主壓載水艙物理模型實驗提供了理論依據並得到以下幾點結論：
（1）短路吹除時，等熵模型和指數模型的準確與否主要取決於吹除常數的確定，吹除常數是模型確定的難點，而拉瓦爾噴管模型不受吹除常數限制，只與氣瓶和管道特徵有關，因此將拉瓦爾噴管模型作為短路吹除研究模型。
（2）高壓氣吹除率不僅取決於氣瓶初始壓力、管路直徑等系統參數，主要取決於高壓氣吹除的方式。仿真結果表明，相同條件下使用短路吹除方式時的排水量約為常規吹除的2倍多，建議在潛艇上安裝1套高壓氣短路吹除主壓載水艙系統用於應急吹除。
（3）將高壓氣吹入壓載水艙後的膨脹過程假設為氣液完全分離並存在氣液界面。實驗結果表明，壓載水艙中高壓氣膨脹過程是一個氣液混合流動模型，因此壓載水艙排水模型將利用氣液混合流動理論進一步研究。
