本發(fā)明屬于水力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)施，具體涉及一種定速旋轉(zhuǎn)物體穩(wěn)定高速變角度入水實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

物體入水問(wèn)題廣泛存在于日常生活和工程、科學(xué)研究等眾多領(lǐng)域，如返回艙入水、潛艇入水、飛機(jī)水面迫降、運(yùn)動(dòng)員跳水等，在理論和實(shí)際應(yīng)用方面具有重要的價(jià)值。物體入水過(guò)程雖然只是一個(gè)非常短暫的瞬態(tài)過(guò)程，但這個(gè)短暫的過(guò)程涉及強(qiáng)非線性自由面運(yùn)動(dòng)及破碎、湍流與漩渦、物體的運(yùn)動(dòng)與變形、物體與水的耦合相互作用等，使得此過(guò)程在運(yùn)動(dòng)體整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中占有極其重要的地位。由于高速運(yùn)動(dòng)物體，如魚(yú)雷、導(dǎo)彈等在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一般伴隨著著劇烈的旋轉(zhuǎn)，且當(dāng)速度足夠大時(shí)，在進(jìn)入水中后產(chǎn)生超空泡現(xiàn)象，使得高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)物體入水研究在航空、水中兵器等領(lǐng)域具有極其重要意義。由于入水問(wèn)題涉及到的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜，現(xiàn)有的理論分析方法不能很好地對(duì)此物理過(guò)程準(zhǔn)確分析，因此目前主要采用大量實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬技術(shù)來(lái)測(cè)量預(yù)報(bào)近似數(shù)據(jù)。而實(shí)驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)常常又被用來(lái)與數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比以驗(yàn)證數(shù)值模擬技術(shù)的準(zhǔn)確性。因此物體入水試驗(yàn)研究對(duì)入水問(wèn)題的研究有不可取代的作用。1983年Greenhow 和Lin做了水平圓柱入水和楔形體入水的實(shí)驗(yàn)。1990年，A.M.Worthington利用當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的閃光攝影技術(shù)，觀察入水物體落入不同液面時(shí)出現(xiàn)的飛濺和空泡現(xiàn)象。目前現(xiàn)有的物體入水實(shí)驗(yàn)裝置一般都采用入水物體自由下落的方法來(lái)獲得物體入水初速度，且一般都不考慮物體的旋轉(zhuǎn)及入水角度問(wèn)題，很難真實(shí)模擬如導(dǎo)彈、子彈頭、魚(yú)雷等高速旋轉(zhuǎn)物體的入水過(guò)程，使得與現(xiàn)實(shí)接近的高速旋轉(zhuǎn)物體變角度入水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏，很難給這類(lèi)物體的現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)應(yīng)用提供有力可靠的依據(jù)。因此目前迫切需要一種實(shí)驗(yàn)裝置以實(shí)現(xiàn)不同旋轉(zhuǎn)速度下入水物體以不同角度和不同初速度高速入水研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種旋轉(zhuǎn)物體穩(wěn)定高速變角度入水實(shí)驗(yàn)裝置，其可穩(wěn)定釋放不同形狀的高速旋轉(zhuǎn)中的入水物體，且可精確控制物體的入水角度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明包括透明水箱、由工控計(jì)算機(jī)控制連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及設(shè)置于透明水箱上方的入水物體釋放裝置，所述入水物體釋放裝置包括入水角度量角器以及與橫向支撐桿活動(dòng)連接的氣體導(dǎo)桿，所述氣體導(dǎo)桿底端固定設(shè)置有入水物體旋轉(zhuǎn)裝置。

進(jìn)一步的，所述入水物體旋轉(zhuǎn)裝置包括套接在氣體導(dǎo)桿底端的旋轉(zhuǎn)齒輪以及設(shè)有與旋轉(zhuǎn)齒輪相配合的旋轉(zhuǎn)頭的電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)齒輪與入水物體固定殼體固定連接。

進(jìn)一步的，所述氣體導(dǎo)桿通過(guò)高壓氣管與氣體供應(yīng)裝置密封連接。

進(jìn)一步的，所述氣體供應(yīng)裝置包括設(shè)有電磁開(kāi)關(guān)閥的高壓氣瓶以及與高壓氣瓶相連的空氣壓縮機(jī)。

進(jìn)一步的，所述入水物體固定殼體與入水物體相配合固定，所述入水物體為球體、錐體或者一端為可與入水物體固定殼體相配合的球體的物體等。

進(jìn)一步的，所述入水物體固定殼體內(nèi)壁設(shè)有一層密封墊。

進(jìn)一步的，所述入水角度量角器固定設(shè)置在氣體導(dǎo)桿上，所述橫向支撐桿上固定設(shè)有與入水角度量角器相配合的入水角度調(diào)節(jié)指針。

進(jìn)一步的，所述入水角度量角器固定設(shè)置在橫向支撐桿上，所述氣體導(dǎo)桿上固定設(shè)有與入水角度量角器相配合的入水角度調(diào)節(jié)指針。

進(jìn)一步的，所述橫向支撐桿的一端與氣體導(dǎo)桿鉸接連接，另一端與可拆卸套接設(shè)置在支撐柱上的升降套筒固定連接。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括由工控計(jì)算機(jī)控制連接的同步儀、激光發(fā)射器、高速攝像儀和高速照相機(jī)。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.本發(fā)明所述入水物體旋轉(zhuǎn)裝置包括套接在氣體導(dǎo)桿底端的旋轉(zhuǎn)齒輪以及設(shè)有與旋轉(zhuǎn)齒輪相配合的旋轉(zhuǎn)頭的電機(jī)，所述旋轉(zhuǎn)齒輪與入水物體固定殼體固定連接，入水物體固定殼體與入水物體相配合，入水物體隨入水物體固定殼體同步轉(zhuǎn)動(dòng)。并且，通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)亩梢钥刂迫胨矬w的旋轉(zhuǎn)速度，從而實(shí)現(xiàn)入水物體定速旋轉(zhuǎn)入水實(shí)驗(yàn)。

2. 本發(fā)明所述氣體導(dǎo)桿通過(guò)高壓氣管與設(shè)有電磁開(kāi)關(guān)閥的高壓氣瓶密封相連，高壓氣瓶與空氣壓縮機(jī)相連。通過(guò)控制空氣壓縮機(jī)工作使高壓氣瓶中形成負(fù)壓或正壓，負(fù)壓氣體吸住入水物體可以避免如之前機(jī)械夾持固定裝置釋放時(shí)的不穩(wěn)定抖動(dòng)，使入水物體受力更加均勻釋放更加穩(wěn)定，還可防止物體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中脫落造成危險(xiǎn)，同時(shí)可通過(guò)控制釋放氣壓使得入水物體得到很大的入水速度以開(kāi)展高速旋轉(zhuǎn)體入水實(shí)驗(yàn)。相比于其他入水物體釋放裝置，本發(fā)明通過(guò)氣體壓力控制入水物體的釋放，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要提供不同氣壓釋放入水物體，從而得到高的入水速度，還可有效減少入水物體與釋放端的摩擦，使得實(shí)驗(yàn)人員更加精確地控制其入水速度。

3.本發(fā)明設(shè)置有入水角度量角器和與之相配合的入水角度調(diào)節(jié)指針，可準(zhǔn)確調(diào)節(jié)物體入水角度，可順利開(kāi)展物體多角度入水實(shí)驗(yàn)。

4.本發(fā)明所述支撐柱上通過(guò)螺栓可拆卸套接設(shè)置有升降套筒，所述橫向支撐桿的一端焊接在升降套筒上，通過(guò)升降套筒可將入水物體釋放裝置設(shè)置在所需高度，靈活方便。

5.本發(fā)明所述入水物體固定殼體內(nèi)壁上設(shè)有一層密封墊，更好地實(shí)現(xiàn)入水物體與入水物體固定殼體之間的密封性，從而使得對(duì)入水物體與入水物體固定殼體接觸面光潔度的要求在一定程度上有所降低，有效降低實(shí)驗(yàn)成本。

6本發(fā)明所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括與工控計(jì)算機(jī)相連接的同步儀，通過(guò)同步儀控制電磁式釋放裝置、高速攝影儀、高速照相機(jī)同時(shí)工作，可有效提高實(shí)驗(yàn)的精確度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明入水物體釋放裝置的構(gòu)示意圖。

其中，1是電機(jī)；2是氣體導(dǎo)桿；3是入水角度量角器；4是橫向支撐桿；5是升降套筒；6是支撐柱；7是高壓氣管；8是旋轉(zhuǎn)齒輪；9是入水物體固定殼體；10是入水物體；11是透明水箱；12是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；13是電磁開(kāi)關(guān)閥；14是高壓氣瓶；15是空氣壓縮機(jī)；16是工控計(jì)算機(jī)；17是入水角度調(diào)節(jié)指針；18是密封墊；19是旋轉(zhuǎn)頭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明包括透明水箱11、由工控計(jì)算機(jī)16控制連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12以及設(shè)置于透明水箱11上方的入水物體釋放裝置，其中透明水箱11為玻璃水箱或者透明塑料水箱，該透明水箱11放置在支架上，使得透明水箱11底部距離地面一定的高度。入水物體釋放裝置包括入水角度量角器3以及與橫向支撐桿4活動(dòng)連接的氣體導(dǎo)桿2，氣體導(dǎo)桿2底端固定設(shè)置有入水物體旋轉(zhuǎn)裝置。其中橫向支撐桿4和氣體導(dǎo)桿2之間采用鉸接、栓桿、螺紋連接等方式，只要滿(mǎn)足以下條件即可：需要調(diào)節(jié)入水角度時(shí)可令氣體導(dǎo)桿2相對(duì)橫向支撐桿4轉(zhuǎn)動(dòng)，角度調(diào)節(jié)完畢時(shí)，可將橫向支撐桿4和氣體導(dǎo)桿2固定鎖死以固定入水角度。入水角度量角器3和入水角度調(diào)節(jié)指針17的安裝優(yōu)選以下兩種方式，第一種：將入水角度量角器3焊接、螺釘固定連接等方式固定設(shè)置在氣體導(dǎo)桿2上，使得入水角度量角器3隨氣體導(dǎo)桿2一起轉(zhuǎn)動(dòng)，將入水角度調(diào)節(jié)指針17配合固定設(shè)置在橫向支撐桿4上，用以指示轉(zhuǎn)動(dòng)角度；第二種：將入水角度調(diào)節(jié)指針17焊接、螺釘固定連接等方式固定設(shè)置在氣體導(dǎo)桿2上，使得入水角度調(diào)節(jié)指針17隨氣體導(dǎo)桿2一起轉(zhuǎn)動(dòng)，將入水角度量角器3配合固定設(shè)置在橫向支撐桿4上。但本發(fā)明中入水角度的測(cè)量并不限于上述方法和設(shè)備，只要能夠?qū)θ胨嵌冗M(jìn)行精確測(cè)量即可。另外，橫向支撐桿4與可拆卸套接設(shè)置在支撐柱6上的升降套筒5固定連接。套接在支撐柱6上的升降套筒5上設(shè)置有鎖定部件，如螺栓等，擰緊鎖定部件可將升降套筒5固定在支撐柱6上的某一位置，擰松鎖定部件后升降套筒5可沿支撐柱6上下移動(dòng)，從而對(duì)入水物體釋放裝置的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)12的組成根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求而定，包括PIV測(cè)速系統(tǒng)等，一般包括由工控計(jì)算機(jī)16控制連接的同步儀、激光發(fā)射器、高速攝像儀和高速照相機(jī)。

如圖2所示，入水物體旋轉(zhuǎn)裝置包括套接在氣體導(dǎo)桿2底端的旋轉(zhuǎn)齒輪8，旋轉(zhuǎn)齒輪8的底部固定連接有入水物體固定殼體9，使得入水物體固定殼體9隨旋轉(zhuǎn)齒輪8同步同速轉(zhuǎn)動(dòng)。由電機(jī)1帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)1上設(shè)有與旋轉(zhuǎn)齒輪8相配合的旋轉(zhuǎn)頭19，通過(guò)控制電機(jī)1的轉(zhuǎn)速便可間接控制入水物體固定殼體9的轉(zhuǎn)速。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明入水物體旋轉(zhuǎn)裝置并不僅限于上述實(shí)施例，也可采用皮帶傳動(dòng)、傳動(dòng)輪組傳動(dòng)等，只要能夠使得入水物體固定殼體9定速旋轉(zhuǎn)即可。另外，入水物體固定殼體9的形狀結(jié)構(gòu)根據(jù)入水物體10的形狀結(jié)構(gòu)而定，二者相互配合，保證二者可以密閉接觸，且接觸面不漏氣。入水物體10可以為球體、錐體或者一端為可與入水物體固定殼體相配合的球體的物體等。

如圖1所示，本發(fā)明中入水物體10的釋放利用氣壓控制方法，首先為保證控制系統(tǒng)的密閉性，在入水物體固定殼體9內(nèi)壁上設(shè)有一層密封墊18，不僅可以有效增強(qiáng)密封性能，還可以降低對(duì)入水物體10光潔度的要求，降低實(shí)驗(yàn)成本。該控制系統(tǒng)包括入水物體固定殼體9、氣體導(dǎo)桿2、高壓氣管7、高壓氣瓶14以及空氣壓縮機(jī)15，氣體導(dǎo)桿2為具有密封空腔的導(dǎo)桿或者在導(dǎo)桿內(nèi)部設(shè)置高壓氣管，通過(guò)高壓氣管7與入水物體固定殼體9密封連接。高壓氣瓶14上設(shè)有可由工控計(jì)算機(jī)16控制的電磁開(kāi)關(guān)閥13，通過(guò)空氣壓縮機(jī)15的運(yùn)行狀況控制高壓氣瓶14內(nèi)的氣壓。本發(fā)明所適用的入水物體的釋放裝置并不僅僅限于上述實(shí)施例，還可以為利用電磁吸附原理的電磁釋放裝置，或者傳統(tǒng)的入水物體釋放方法。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作人員首先對(duì)整個(gè)裝置的氣密性進(jìn)行檢查，然后對(duì)入水物體10的入水角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，再通過(guò)工控計(jì)算機(jī)16控制空氣壓縮機(jī)15運(yùn)行，使得高壓氣瓶14處于負(fù)壓狀態(tài)。當(dāng)其內(nèi)部負(fù)壓達(dá)到設(shè)定值后，控制高壓氣瓶14上的電磁開(kāi)關(guān)閥13打開(kāi)，此時(shí)高壓氣管7、氣體導(dǎo)桿2和入水物體固定殼體9內(nèi)部均處于負(fù)壓狀態(tài)。將入水物體10放入入水物體固定殼體9內(nèi)，在負(fù)壓作用下，入水物體10牢固吸附在入水物體固定殼體9中，關(guān)閉電磁開(kāi)關(guān)閥13，自此在高壓氣管7、氣體導(dǎo)桿2和入水物體固定殼體9之間形成一個(gè)處于負(fù)壓狀態(tài)的密閉空間。通過(guò)工控計(jì)算機(jī)16控制電機(jī)1以設(shè)定轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)頭19帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)齒輪8同速轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)齒輪8帶動(dòng)與其固定連接的入水物體固定殼體9同速轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，控制空氣壓縮機(jī)15運(yùn)行，使高壓氣瓶14中形成高壓。待入水物體10達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定值穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)，控制電磁開(kāi)關(guān)閥13開(kāi)啟，并控制高壓氣瓶14中的氣壓值及電磁開(kāi)關(guān)閥13的開(kāi)度，使得入水物體10得以以設(shè)定速度釋放。待入水物體10入水完成，各數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)采集完畢，本次實(shí)驗(yàn)完成。本發(fā)明可對(duì)導(dǎo)彈、子彈頭、魚(yú)雷等高速旋轉(zhuǎn)物體的入水運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效的模擬和研究。