多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置，包括水洞、空化器、張線、驅(qū)動(dòng)桿、測(cè)試圓柱，水洞的壁面上固定第一-第三固定耳片，張線包括第一-第四張線，第一-第三張線的第一端分別連接第一-第三固定耳片，第一-第三張線的第二端均連接空化器，第四張線的第一端連接測(cè)試圓柱，第四張線的另一端穿過(guò)水洞壁面至水洞外，張線均為空心結(jié)構(gòu)，在第一-第三張線的空心結(jié)構(gòu)里設(shè)置通氣管路，空化器的導(dǎo)線穿過(guò)張線至水洞外，驅(qū)動(dòng)桿位于第四張線里，驅(qū)動(dòng)桿的一端連接位于水洞里的測(cè)試圓柱，驅(qū)動(dòng)桿的另一端穿過(guò)水洞壁面連接位于水洞外的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，測(cè)試圓柱位于空化器產(chǎn)生的空泡處。本發(fā)明可對(duì)多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力準(zhǔn)確模擬。
【專利說(shuō)明】多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體地說(shuō)是航行體尾部與多相流壁面相互作用機(jī)理及航行體的受力特性的實(shí)驗(yàn)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]準(zhǔn)確獲得水中多相流動(dòng)條件下的控制力技術(shù)，是改善和提高水中多相流動(dòng)運(yùn)動(dòng)體機(jī)動(dòng)航行能力的重要關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于水中多相流動(dòng)運(yùn)動(dòng)體在機(jī)動(dòng)航行時(shí)，航行體的尾部與多相流壁面相互作用，產(chǎn)生水動(dòng)力。有效獲得該水動(dòng)力參數(shù)是實(shí)現(xiàn)航行體機(jī)動(dòng)控制的重點(diǎn)。對(duì)于研究機(jī)動(dòng)滑行力，通常的做法是將三維運(yùn)動(dòng)分解成垂直和水平面的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于垂直平面的機(jī)動(dòng)，主要有爬升和下潛運(yùn)動(dòng)，對(duì)于水平面的機(jī)動(dòng)主要有轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)。分解后的航行體尾部滑行力測(cè)試技術(shù)較為容易，只需要在單個(gè)平面內(nèi)就能夠完成。因此目前針對(duì)滑行力的測(cè)試，主要在水洞中形成半壁面的多相流界面。
[0003]實(shí)際上，在單個(gè)平面航行體與多相流壁面是正交關(guān)系，所以獲得的滑行力，用于單個(gè)解耦平面運(yùn)動(dòng)的控制可以獲得很好的效果。對(duì)于真實(shí)的空間運(yùn)動(dòng)，考慮到航行體與壁面是斜交關(guān)系，加之重力影響的作用，使用單個(gè)平面所測(cè)數(shù)據(jù)是有一定誤差的。因此，從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，有必要解決空間機(jī)動(dòng)滑行力測(cè)試問(wèn)題。對(duì)于空間測(cè)試機(jī)動(dòng)滑行力主要存在以下幾個(gè)難點(diǎn)，一是在水洞中難以實(shí)現(xiàn)空間滑行力測(cè)試的多相流壁面；二是水洞流動(dòng)速度較低，重力影響較大，如何有效降低重力的影響也是難點(diǎn)之一；三是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)航行體空間機(jī)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模擬問(wèn)題。這些問(wèn)題的解決，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供用于測(cè)試航行體尾部與多相流壁面相互作用機(jī)理及航行體的受力特性的多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置，其特征是:包括水洞、空化器、張線、驅(qū)動(dòng)桿、測(cè)試圓柱，水洞的壁面上固定第一-第三固定耳片，張線包括第一-第四張線，第一-第三張線的第一端分別連接第一-第三固定耳片，第一-第三張線的第二端均連接空化器，第四張線的第一端連接測(cè)試圓柱，第四張線的另一端穿過(guò)水洞壁面至水洞外，張線均為空心結(jié)構(gòu)，在第一-第三張線的空心結(jié)構(gòu)里設(shè)置通氣管路，空化器的導(dǎo)線穿過(guò)第一張線、第二張線或第三張線至水洞外，驅(qū)動(dòng)桿位于第四張線里，驅(qū)動(dòng)桿的一端連接位于水洞里的測(cè)試圓柱，驅(qū)動(dòng)桿的另一端穿過(guò)水洞壁面連接位于水洞外的驅(qū)動(dòng)電機(jī),測(cè)試圓柱位于空化器產(chǎn)生的空泡處。
[0007]本發(fā)明還可以包括:
[0008]1、空化器錐段刻有三個(gè)鍥形凹槽，第一-第三張線的第二端設(shè)置與楔形凹槽配合的四方體結(jié)構(gòu)，空化器與第一-第三張線通過(guò)楔形凹槽和四方體結(jié)構(gòu)相連；第一-第三張線的第一端設(shè)置預(yù)緊螺栓，第一-第三固定耳片上設(shè)置螺栓孔，第一-第三張線與第一-第三固定耳片通過(guò)預(yù)緊螺栓和螺栓孔相連。
[0009]2、水洞的下壁面上設(shè)置重力補(bǔ)償彎道，重力補(bǔ)償彎道位于空泡下方；測(cè)試圓柱的下壁面安裝動(dòng)態(tài)壓力傳感器。
[0010]3、張線的剖面為翼型。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:本發(fā)明針對(duì)航行體空間機(jī)動(dòng)滑行力測(cè)試問(wèn)題，提出一套空間機(jī)動(dòng)尾部滑行力實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，該裝置能夠在水洞中形成多相流空間壁面，且能克服重力的影響并能模擬空間運(yùn)動(dòng)。所測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可用于航行體機(jī)動(dòng)控制中，多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力準(zhǔn)確模擬。
[0012]1、該實(shí)驗(yàn)裝置采用張線支撐方式，能夠在水洞中形成多相流空間壁面，改進(jìn)原來(lái)的2維壁面，使得所測(cè)數(shù)據(jù)能夠用于三維控制技術(shù)；
[0013]2、該實(shí)驗(yàn)裝置在水洞壁面增加彎道，能克服重力的影響，降低重力導(dǎo)致的多相流壁面上漂；
[0014]3、該實(shí)驗(yàn)裝置采用2維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)圓柱運(yùn)動(dòng)模擬航行體空間機(jī)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，改進(jìn)了平面測(cè)試方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1a為本發(fā)明的空化器與張線的支撐結(jié)構(gòu)示意圖，圖1b為本發(fā)明張線與固定耳片連接處的放大圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為測(cè)量機(jī)控制系統(tǒng)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:
[0019]結(jié)合圖1?3，該裝置由以下部件組成:空化器張線支撐卡塊1、翼型剖面的張線
2、固定耳片3、通氣管路4、測(cè)試用的連接導(dǎo)線5、執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)桿6、空化器7、多相流壁面
8、測(cè)試圓柱9、動(dòng)態(tài)壓力傳感器10、重力補(bǔ)償彎道11、水洞壁面12。該裝置的結(jié)構(gòu)連接為，空化器結(jié)構(gòu)7通過(guò)空化器張線支撐卡塊I連接翼型剖面的張線2，而張線2通過(guò)固定耳片3連接在水洞壁面12上；通氣管路4、測(cè)試用的連接導(dǎo)線5都在翼型剖面的張線2穿過(guò)，執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)桿6連接在測(cè)試圓柱9 ;動(dòng)態(tài)壓力傳感器直接安裝在測(cè)試圓柱9的下壁面；重力補(bǔ)償彎道11直接安裝在水洞12的下壁面。而滑行力主要通過(guò)測(cè)試圓柱9與多相流壁面8相互作用獲得。
[0020]空化水洞一般選擇可調(diào)壓力的低速流空化水洞，通氣系統(tǒng)選擇高壓氣瓶?jī)?chǔ)存壓縮氣體，通過(guò)流量控制系統(tǒng)控制通入氣體的流量。試驗(yàn)段采用張線支撐空化器裝置，主要是為了能夠在空化器后部形成一個(gè)可用于圓柱段測(cè)試的多相流壁面，并可降低支撐部件對(duì)流動(dòng)的干擾。該張線支撐方式如圖1，在空化器7錐段刻有三個(gè)鍥形凹槽，用于連接三根張線2。三根張線具有同樣的結(jié)構(gòu)形式，他們的剖面為中空的翼型形狀，中空為了使通氣系統(tǒng)的管路4和壓力傳感器10的導(dǎo)線5從中通過(guò)，翼型的剖面主要為了減低對(duì)流動(dòng)的干擾。張線底端連接有一四方體結(jié)構(gòu)1，用于嵌入到空化器凹槽中，連接空化器7。張線的與水洞壁面的連接通過(guò)如下方式，在水洞壁面上安裝有耳片3，在張線上安裝有兩個(gè)預(yù)緊螺栓，兩個(gè)預(yù)緊螺栓與耳片連接，這樣就可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓來(lái)調(diào)節(jié)空化器的位置。這樣空化器就可以通過(guò)張線支撐的方式安裝在空化水洞的測(cè)試段，并且通氣系統(tǒng)的管路和所有的導(dǎo)線都可以從它的張線中通過(guò)。考慮到水洞選的流速不高，弗勞德數(shù)" =(V為流動(dòng)的速度；g為重力加速度；Dn為空化器直徑)較小，重力影響較大，空泡尾部將會(huì)上漂。于是試驗(yàn)裝置中考慮了重力補(bǔ)償方案，在測(cè)試段安裝有弧形彎道11，這樣使得實(shí)際的弗勞德數(shù)
^(K-V2Ir)Dii (R為彎道的半徑)增大，補(bǔ)償重力的干擾，在尾部形成一個(gè)需要的橢球形空泡8，這樣的空泡形狀符合航行體高速航行時(shí)的空泡形狀。圓柱測(cè)試件9表面安裝有片狀壓力傳感器10，傳感器的導(dǎo)線通過(guò)空化器的張線連接到水洞外部的數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)。測(cè)試圓柱通過(guò)驅(qū)動(dòng)桿6與外部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)點(diǎn)偏激編程控制實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，模擬航行體空間機(jī)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。該裝置在水洞測(cè)試段安裝有流速和壓力測(cè)控系統(tǒng)，同時(shí)還有多相流壁面形狀測(cè)量和照相系統(tǒng)，加上通氣控制系統(tǒng)三者的聯(lián)合作用可以保證形成一個(gè)需要的多相流壁面。圓柱表面的壓力測(cè)量系統(tǒng)、圓柱測(cè)試件的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的錄像可以獲得所需姿態(tài)的圓柱壁面的壓力，進(jìn)而獲得水動(dòng)力和相互作用的機(jī)理。
[0021]多相流航行體空間機(jī)動(dòng)尾部滑行力試驗(yàn)測(cè)試裝置具有的工作過(guò)程如下:
[0022]1、首先依據(jù)量綱分析給出各種工況的試驗(yàn)條件，在水洞中安裝各工作系統(tǒng)；
[0023]2、單獨(dú)測(cè)試水洞、空化器張線安裝結(jié)構(gòu)、通氣系統(tǒng)、測(cè)試件的驅(qū)動(dòng)裝置、各測(cè)量及控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保證各系統(tǒng)聯(lián)合工作正常；
[0024]3、壓縮所需的氣體，開(kāi)動(dòng)水洞電源，保證水洞測(cè)試段的壓力及水流速度，依據(jù)試驗(yàn)要求調(diào)節(jié)通氣系統(tǒng)，空泡測(cè)量系統(tǒng)工作，形成一個(gè)試驗(yàn)要求的多相流壁面；
[0025]4、依據(jù)試驗(yàn)條件，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓柱測(cè)試件模擬空間機(jī)動(dòng)情況的運(yùn)動(dòng)；
[0026]5、壓力傳感器測(cè)試圓柱表面壓力，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)，同時(shí)依據(jù)照片測(cè)量空泡壁面與測(cè)試圓柱的相對(duì)位置；
[0027]6、完成一次試驗(yàn)，獲得一種確定工作條件的數(shù)據(jù)，連續(xù)多次試驗(yàn)便可以獲得航行體空間機(jī)動(dòng)時(shí)工作范圍的數(shù)據(jù)曲線。
【權(quán)利要求】
1.多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置，其特征是:包括水洞、空化器、張線、驅(qū)動(dòng)桿、測(cè)試圓柱，水洞的壁面上固定第一-第三固定耳片，張線包括第一-第四張線，第一-第三張線的第一端分別連接第一-第三固定耳片，第一-第三張線的第二端均連接空化器，第四張線的第一端連接測(cè)試圓柱，第四張線的另一端穿過(guò)水洞壁面至水洞外，張線均為空心結(jié)構(gòu)，在第一-第三張線的空心結(jié)構(gòu)里設(shè)置通氣管路，空化器的導(dǎo)線穿過(guò)第一張線、第二張線或第三張線至水洞外，驅(qū)動(dòng)桿位于第四張線里，驅(qū)動(dòng)桿的一端連接位于水洞里的測(cè)試圓柱,驅(qū)動(dòng)桿的另一端穿過(guò)水洞壁面連接位于水洞外的驅(qū)動(dòng)電機(jī),測(cè)試圓柱位于空化器產(chǎn)生的空泡處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置，其特征是:空化器錐段刻有三個(gè)鍥形凹槽，第一-第三張線的第二端設(shè)置與楔形凹槽配合的四方體結(jié)構(gòu)，空化器與第一-第三張線通過(guò)楔形凹槽和四方體結(jié)構(gòu)相連；第一-第三張線的第一端設(shè)置預(yù)緊螺栓，第一-第三固定耳片上設(shè)置螺栓孔，第一-第三張線與第一-第三固定耳片通過(guò)預(yù)緊螺栓和螺栓孔相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置，其特征是:水洞的下壁面上設(shè)置重力補(bǔ)償彎道，重力補(bǔ)償彎道位于空泡下方；測(cè)試圓柱的下壁面安裝動(dòng)態(tài)壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置，其特征是--張線的剖面為翼型。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多相流航行體機(jī)動(dòng)尾部滑行力測(cè)試裝置，其特征是:張線的剖面為翼型。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK104198156SQ201410479060
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】蔣運(yùn)華, 宋向華, 姚躍, 劉燕斐, 張旭 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)