一種入水通氣多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種入水通氣多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水中多相流減阻技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)于水面和空中入水的航行體，為了實(shí)現(xiàn)在水中超低阻力航行，航行體在入水之前，通氣系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始工作。所以為發(fā)展入水通氣多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M技術(shù)是解決入水通氣多相流的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]另一方面，對(duì)于普通的水面及空中飛行的航行體在入水后也會(huì)空化，在之后的航行過(guò)程中，由于空泡的潰滅會(huì)導(dǎo)致航行體的彈道失穩(wěn)。May和Waugh指出，如果能夠控制入水空泡的穩(wěn)定性便可以保證航行體彈道的穩(wěn)定性，且該問(wèn)題到目前仍然未獲得有效解決。隨著水中多相流技術(shù)的發(fā)展，借助通氣多相流的可控性，可以實(shí)現(xiàn)解決普通水面及空中飛行的航行體在入水后會(huì)形成空泡潰滅導(dǎo)致航行體彈道失穩(wěn)問(wèn)題。因此開(kāi)展入水通氣多相流研宄有助于解決入水空化導(dǎo)致航行體彈道失穩(wěn)問(wèn)題。
[0004]對(duì)于沒(méi)有通氣系統(tǒng)工作的航行體垂直入水時(shí)，表面閉合通常先于深水閉合。然而，在某些情況下(特別是傾斜入水)，深水閉合可能比表面閉合發(fā)生的更早。航行體入水后形成發(fā)生表面閉合或深水閉合的形式與時(shí)間，主要取決于入水條件。而空泡表面閉合與深水閉合之間的關(guān)系，決定了入水時(shí)卷入空氣量的多少及卷入的空氣在空泡內(nèi)的彈性效應(yīng)。這些因素是空泡在進(jìn)一步發(fā)展中失穩(wěn)及潰滅導(dǎo)致航行體運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)的決定性因素。特別是對(duì)于在入水時(shí)通氣系統(tǒng)工作的情況下，由于通入氣體的作用，會(huì)改變?nèi)胨畷r(shí)卷入空氣的量及卷入空氣在空泡內(nèi)的彈性效應(yīng)。在通入氣體及卷入空氣的共同作用下，表面閉合和深水閉合會(huì)出現(xiàn)新的關(guān)系及形式，這將導(dǎo)致新的空泡失穩(wěn)及潰滅機(jī)制。通氣多相流在卷入空氣、通入氣體及航行深度變化聯(lián)合作用下勢(shì)必導(dǎo)致空泡內(nèi)氣體堆積、空泡界面剪切層和空泡外部壓力波等現(xiàn)象的存在。在這種情況下，存在持續(xù)的外界壓力變化、空泡內(nèi)氣體的彈性增加和界面剪切層的共同作用。最終將導(dǎo)致空泡出現(xiàn)由通氣失穩(wěn)(空泡內(nèi)堆積過(guò)多氣體)、剪切層失穩(wěn)(空泡邊界滑移速度的存在)或氣泡振蕩失穩(wěn)(外界環(huán)境壓力變化)等單一存在或多種形式聯(lián)合存在的空泡失穩(wěn)的新機(jī)制。
[0005]Worthington最先研宄了入水現(xiàn)象，觀察到了球體入水時(shí)產(chǎn)生的噴濺和空泡。其后研宄者主要針對(duì)空投運(yùn)動(dòng)體入水過(guò)程中結(jié)構(gòu)破壞、彈道失穩(wěn)及跳彈等問(wèn)題來(lái)展開(kāi)入水的研宄。更多關(guān)注入水過(guò)程空化演化對(duì)航行體載荷特性的影響，而對(duì)空泡流本身關(guān)注于如何避免其負(fù)面效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)研宄方面，Reichardt等對(duì)圓盤，圓錐空化器在水洞及拖曳水池中進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研宄，獲得空化器經(jīng)驗(yàn)阻力計(jì)算公式。Michel實(shí)驗(yàn)研宄了二維水中通氣多相流長(zhǎng)度與弗勞德數(shù)、通氣空化數(shù)及通氣量之間的關(guān)系，給出了擬合曲線。Savchenko領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了大量的水中多相流實(shí)驗(yàn)研宄，得到了軸對(duì)稱多相流流的空泡形狀擬合公式、弗勞德數(shù)對(duì)通氣多相流流影響的判斷標(biāo)準(zhǔn)及入水多相流發(fā)展等。Kuklinski，Kawakami對(duì)通氣水中多相流的遲滯效應(yīng)等進(jìn)行了一系列研宄。Arndt等帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)大量水中多相流流控制實(shí)驗(yàn)研宄。Backer研宄了圓錐垂直入水過(guò)程的阻力變化特性。Gekle實(shí)驗(yàn)研宄了空泡深閉合過(guò)程中空泡內(nèi)部空氣流場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)情況，Truscott開(kāi)展了球體低速垂直入水多相流形態(tài)變化以及多相流對(duì)球體流體動(dòng)力的影響規(guī)律實(shí)驗(yàn)研宄。國(guó)內(nèi)，陳鑫等對(duì)航行體通氣多相流及自然多相流流動(dòng)機(jī)理開(kāi)展了大量的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研宄。王一偉基于射彈實(shí)驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算考慮了通氣局部多相流的穩(wěn)定性機(jī)制。何春濤對(duì)錐心頭部航行體開(kāi)展了大量實(shí)驗(yàn)，給出了空泡流動(dòng)結(jié)構(gòu)及航行體的阻力特性。
[0006]綜上所述，入水問(wèn)題一直是被大家關(guān)注的焦點(diǎn)和難點(diǎn)之一，前期主要針對(duì)航行體入水過(guò)程的載荷及彈道特性進(jìn)行了廣泛的研宄。隨著水中多相流減阻技術(shù)的發(fā)展，入水多相流發(fā)展得到廣泛重視，并開(kāi)展了入水多相流研宄。但是針對(duì)入水多相流發(fā)展規(guī)律的研宄處于起步階段，特別是對(duì)入水通氣多相流初期生長(zhǎng)的閉合行為研宄缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，沒(méi)有針對(duì)該問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)方法。主要問(wèn)題在于，一般實(shí)驗(yàn)通氣系統(tǒng)采用管路供氣可準(zhǔn)確控制流量，但入水實(shí)驗(yàn)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，攜帶通氣系統(tǒng)管路會(huì)嚴(yán)重影響模型的運(yùn)動(dòng)軌跡及多相流形成，如何實(shí)現(xiàn)在水筒中模擬入水通氣多相流及通氣量的準(zhǔn)確確定揭示入水通氣多相流初期生長(zhǎng)閉合行為的前提條件。所以急需一種入水通氣實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的是為了研宄航行體入水通氣多相流初期生長(zhǎng)的閉合行為而提供一種入水通氣多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)。
[0008]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括圓錐形集氣艙、安裝在圓錐形集氣艙端部的圓環(huán)形密封圈、安裝在圓錐形集氣艙端部且位于圓環(huán)形密封圈內(nèi)側(cè)的密閉蓋板、與密閉蓋板中心處固定連接的活塞桿和與活塞桿另一端連接的空化器，所述圓錐形集氣艙端部外側(cè)還設(shè)置有中空的圓柱臺(tái)面，所述中空的圓柱臺(tái)面的周向上設(shè)置有至少六個(gè)通氣孔，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等，所述活塞桿位于中空的圓柱臺(tái)面內(nèi)部。
[0009]本實(shí)用新型還具有以下結(jié)構(gòu)特征:
[0010]1.有至少兩排所述通氣孔，每排至少有六個(gè)，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型通過(guò)模型艙段存儲(chǔ)通入的氣體，可以有效減少外部通氣管路對(duì)實(shí)驗(yàn)及流場(chǎng)的干擾，保證實(shí)驗(yàn)?zāi)M的有效性；借助儲(chǔ)氣倉(cāng)的高壓實(shí)現(xiàn)密封板的密封狀態(tài)，同時(shí)借助入水沖擊沖擊載荷作用打開(kāi)儲(chǔ)氣倉(cāng)實(shí)現(xiàn)在入水時(shí)有效通氣。本實(shí)用新型沒(méi)有通氣系統(tǒng)管路，使本實(shí)用新型即使在入水實(shí)驗(yàn)中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不會(huì)影響模型的運(yùn)動(dòng)軌跡和多相流的形成。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0014]結(jié)合圖1，本實(shí)用新型包括圓錐形集氣艙4、安裝在圓錐形集氣艙4端部的圓環(huán)形密封圈3、安裝在圓錐形集氣艙4端部且位于圓環(huán)形密封圈3內(nèi)側(cè)的密閉蓋板7、與密閉蓋板7中心處固定連接的活塞桿9和與活塞桿9另一端連接的空化器1，所述圓錐形集氣艙4端部外側(cè)還設(shè)置有中空的圓柱臺(tái)面8，所述中空的圓柱臺(tái)面8的周向上設(shè)置有至少六個(gè)通氣孔2，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等，所述活塞桿9位于中空的圓柱臺(tái)面8內(nèi)部。
[0015]本實(shí)用新型還可以是:有至少兩排所述通氣孔，每排至少有六個(gè)，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等，通氣孔的排數(shù)可以根據(jù)尺寸需要進(jìn)行相應(yīng)的增加。
[0016]本實(shí)用新型是一套入水通氣實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)，可以在水中模擬入水通氣多相流動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。本實(shí)用新型的工作過(guò)程主要為:在發(fā)射試驗(yàn)之前，在圓錐形集氣艙4注入壓縮空氣，在壓縮空氣的高壓作用下使得密閉蓋板7和圓環(huán)形密封圈3保證集氣艙與通氣孔2斷開(kāi)；當(dāng)航行體入水時(shí)，受到?jīng)_擊載荷，在沖擊載荷作用下，連接有空化器I以及密閉蓋板7的機(jī)構(gòu)向后移動(dòng)，打開(kāi)圓錐形集氣艙4與通氣孔2直接的通道，使得壓縮空氣從通氣孔2流出。圖1中雙箭頭5代表壓縮空氣的流動(dòng)方向，雙箭頭6代表密閉蓋板7的運(yùn)動(dòng)方向。
[0017]經(jīng)過(guò)計(jì)算，本實(shí)用新型的入水沖擊壓力大于圓錐形集氣艙4的壓縮空氣壓力，且在后續(xù)空化阻力的作用下，能夠維持密閉蓋板7的開(kāi)啟狀態(tài)，所以該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)入水過(guò)程通氣空化的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。同時(shí)，由于入水過(guò)程很短，圓錐形集氣艙4的壓力在供氣過(guò)程當(dāng)中幾乎不變，根據(jù)壓力和通道尺寸便可以設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的通氣量。因此通過(guò)本實(shí)用新型便可以實(shí)現(xiàn)航行體入水過(guò)程通氣多相流實(shí)驗(yàn)的模擬以及通氣量的準(zhǔn)確確定。
[0018]本實(shí)用新型的聯(lián)接方式:
[0019]空化器I與和密閉蓋板7與活塞桿9之間都是通過(guò)螺紋連接。
[0020]空化器I和密閉蓋板7通過(guò)一根活塞桿9聯(lián)接，整體可以反復(fù)移動(dòng)。通氣孔2位于模型圓錐段前面的中空的圓柱臺(tái)面8上，該臺(tái)面8與圓錐形集氣艙4螺紋固定聯(lián)接。密閉蓋板7可以在圓錐形集氣艙4的高壓空氣作用下向前推進(jìn)擠壓圓環(huán)形密封圈3，最終保證圓錐形集氣艙4的空氣密封。在入水沖擊壓力作用下，空化器I和活塞桿9向后移動(dòng)，打開(kāi)氣流通道方向5，同時(shí)保證在通氣孔前面處于密封狀態(tài)。
[0021]I)準(zhǔn)備工作:在發(fā)射試驗(yàn)之前，在圓錐形集氣艙4注入壓縮空氣，在壓縮空氣的高壓作用下使得密閉蓋板7和圓環(huán)形密封圈3保證圓錐形集氣艙4與通氣孔2斷開(kāi)；
[0022]2)實(shí)施入水:當(dāng)航行體入水時(shí)，受到?jīng)_擊載荷，在沖擊載荷作用下，連接有空化器I以及密閉蓋板7的機(jī)構(gòu)向后移動(dòng)。
[0023]3)在該機(jī)構(gòu)的作用下，圓錐形集氣艙4與通氣孔2之間的通道開(kāi)放，接著壓縮空氣從通氣孔2流出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種入水通氣多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括圓錐形集氣艙、安裝在圓錐形集氣艙端部的圓環(huán)形密封圈、安裝在圓錐形集氣艙端部且位于圓環(huán)形密封圈內(nèi)側(cè)的密閉蓋板、與密閉蓋板中心處固定連接的活塞桿和與活塞桿另一端連接的空化器，所述圓錐形集氣艙端部外側(cè)還設(shè)置有中空的圓柱臺(tái)面，所述中空的圓柱臺(tái)面的周向上設(shè)置有至少六個(gè)通氣孔，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等，所述活塞桿位于中空的圓柱臺(tái)面內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種入水通氣多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)，其特征在于:有至少兩排所述通氣孔，每排至少有六個(gè)，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種入水通氣多相流動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)M機(jī)構(gòu)，包括圓錐形集氣艙、安裝在圓錐形集氣艙端部的圓環(huán)形密封圈、安裝在圓錐形集氣艙端部且位于圓環(huán)形密封圈內(nèi)側(cè)的密閉蓋板、與密閉蓋板中心處固定連接的活塞桿和與活塞桿另一端連接的空化器，所述圓錐形集氣艙端部外側(cè)還設(shè)置有中空的圓柱臺(tái)面，所述中空的圓柱臺(tái)面的周向上設(shè)置有至少六個(gè)通氣孔，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等，所述活塞桿位于中空的圓柱臺(tái)面內(nèi)部。本實(shí)用新型可以有效減少外部通氣管路對(duì)實(shí)驗(yàn)及流場(chǎng)的干擾，保證實(shí)驗(yàn)?zāi)M的有效性；借助儲(chǔ)氣倉(cāng)的高壓實(shí)現(xiàn)密封板的密封狀態(tài)，同時(shí)借助入水沖擊載荷作用打開(kāi)儲(chǔ)氣倉(cāng)實(shí)現(xiàn)在入水時(shí)有效通氣。
【IPC分類】G01M10-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204556218
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520216245
【發(fā)明人】蔣運(yùn)華, 張昱, 李春濤, 陳拾, 王明
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日