多相流航行體機(jī)動尾部滑行力測試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的在于提供多相流航行體機(jī)動尾部滑行力測試裝置，包括水洞、空化器、張線、驅(qū)動桿、測試圓柱，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試圓柱，第四張線的另一端穿過水洞壁面至水洞外，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)線穿過張線至水洞外，驅(qū)動桿位于第四張線里，驅(qū)動桿的一端連接位于水洞里的測試圓柱，驅(qū)動桿的另一端穿過水洞壁面連接位于水洞外的驅(qū)動電機(jī)，測試圓柱位于空化器產(chǎn)生的空泡處。本實(shí)用新型可對多相流航行體機(jī)動尾部滑行力準(zhǔn)確模擬。
【專利說明】多相流航行體機(jī)動尾部滑行力測試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及的是一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體地說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條件下的控制力技術(shù)，是改善和提高水中多相流動運(yùn)動體 機(jī)動航行能力的重要關(guān)鍵技術(shù)。對于水中多相流動運(yùn)動體在機(jī)動航行時，航行體的尾部與 多相流壁面相互作用，產(chǎn)生水動力。有效獲得該水動力參數(shù)是實(shí)現(xiàn)航行體機(jī)動控制的重點(diǎn)。 對于研究機(jī)動滑行力，通常的做法是將三維運(yùn)動分解成垂直和水平面的運(yùn)動。對于垂直平 面的機(jī)動，主要有爬升和下潛運(yùn)動，對于水平面的機(jī)動主要有轉(zhuǎn)彎運(yùn)動。分解后的航行體尾 部滑行力測試技術(shù)較為容易，只需要在單個平面內(nèi)就能夠完成。因此目前針對滑行力的測 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 個解耦平面運(yùn)動的控制可以獲得很好的效果。對于真實(shí)的空間運(yùn)動，考慮到航行體與壁面 是斜交關(guān)系，加之重力影響的作用，使用單個平面所測數(shù)據(jù)是有一定誤差的。因此，從技術(shù) 層面來說，有必要解決空間機(jī)動滑行力測試問題。對于空間測試機(jī)動滑行力主要存在以下 幾個難點(diǎn)，一是在水洞中難以實(shí)現(xiàn)空間滑行力測試的多相流壁面；二是水洞流動速度較低， 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)動機(jī)構(gòu)對航行體空間機(jī)動 的運(yùn)動模擬問題。這些問題的解決，是國內(nèi)外學(xué)者研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的在于提供用于測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)動尾部滑行力測試裝置。
[0005] 本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本實(shí)用新型多相流航行體機(jī)動尾部滑行力測試裝置，其特征是：包括水洞、空化 器、張線、驅(qū)動桿、測試圓柱，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試圓柱，第四張線的另一端穿過水洞壁面至水洞外， 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)線穿過第 一張線、第二張線或第三張線至水洞外，驅(qū)動桿位于第四張線里，驅(qū)動桿的一端連接位于水 洞里的測試圓柱，驅(qū)動桿的另一端穿過水洞壁面連接位于水洞外的驅(qū)動電機(jī)，測試圓柱位 于空化器產(chǎn)生的空泡處。
[0007] 本實(shí)用新型還可以包括：
[0008] 1、空化器錐段刻有三個鍥形凹槽，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；測試圓柱的 下壁面安裝動態(tài)壓力傳感器。
[0010] 3、張線的剖面為翼型。
[0011] 本實(shí)用新型的優(yōu)勢在于：本實(shí)用新型針對航行體空間機(jī)動滑行力測試問題，提出 一套空間機(jī)動尾部滑行力實(shí)驗(yàn)測試裝置，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。所測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可用于航行體機(jī)動控制中，多相流航行 體機(jī)動尾部滑行力準(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 的2維壁面，使得所測數(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)動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動圓柱運(yùn)動模擬航行體空間機(jī)動的運(yùn)動狀 態(tài)，改進(jìn)了平面測試方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖Ia為本實(shí)用新型的空化器與張線的支撐結(jié)構(gòu)示意圖，圖Ib為本實(shí)用新型張線 與固定耳片連接處的放大圖；
[0016] 圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為測量機(jī)控制系統(tǒng)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖舉例對本實(shí)用新型做更詳細(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、測試用的連接導(dǎo)線5、執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動桿6、空化器7、多相流壁面 8、測試圓柱9、動態(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通過空化器張線支撐卡塊1連接翼型剖面的張線2,而張線2通過固定耳片3 連接在水洞壁面12上；通氣管路4、測試用的連接導(dǎo)線5都在翼型剖面的張線2穿過，執(zhí)行 電機(jī)的驅(qū)動桿6連接在測試圓柱9 ;動態(tài)壓力傳感器直接安裝在測試圓柱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。而滑行力主要通過測試圓柱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)選擇高壓氣瓶儲存壓縮 氣體，通過流量控制系統(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可用于圓柱段測試的多相流壁面，并可降低支撐部件對流 動的干擾。該張線支撐方式如圖1，在空化器7錐段刻有三個鍥形凹槽，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，翼型的剖面主要為了減低對流動的干擾。 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預(yù)緊螺栓， 兩個預(yù)緊螺栓與耳片連接，這樣就可以通過調(diào)節(jié)螺栓來調(diào)節(jié)空化器的位置。這樣空化器就 可以通過張線支撐的方式安裝在空化水洞的測試段，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?？紤]到水洞選的流速不高，弗勞德數(shù)/*>=^77^ (V為流動的 速度；g為重力加速度；Dn為空化器直徑）較小，重力影響較大，空泡尾部將會上漂。于是 試驗(yàn)裝置中考慮了重力補(bǔ)償方案，在測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的空泡形狀。圓柱測試件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)。測試圓柱通過驅(qū)動桿6與外部的驅(qū)動電機(jī)連接，驅(qū)動電機(jī)通過點(diǎn)偏激編程控制實(shí)現(xiàn)兩 個自由度的運(yùn)動，模擬航行體空間機(jī)動時的運(yùn)動狀態(tài)。該裝置在水洞測試段安裝有流速和 壓力測控系統(tǒng)，同時還有多相流壁面形狀測量和照相系統(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需要的多相流壁面。圓柱表面的壓力測量系統(tǒng)、圓柱測試件的運(yùn)動 驅(qū)動裝置和運(yùn)動過程的錄像可以獲得所需姿態(tài)的圓柱壁面的壓力，進(jìn)而獲得水動力和相互 作用的機(jī)理。
[0021] 多相流航行體空間機(jī)動尾部滑行力試驗(yàn)測試裝置具有的工作過程如下：
[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)測試水洞、空化器張線安裝結(jié)構(gòu)、通氣系統(tǒng)、測試件的驅(qū)動裝置、各測量及 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，開動水洞電源，保證水洞測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)，空泡測量系統(tǒng)工作，形成一個試驗(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)動圓柱測試件模擬空間機(jī)動情況的運(yùn)動；
[0026] 5、壓力傳感器測試圓柱表面壓力，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得數(shù)據(jù)，同時依據(jù)照片測量空 泡壁面與測試圓柱的相對位置；
[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)動時工作范圍的數(shù)據(jù)曲線。
【權(quán)利要求】
1. 多相流航行體機(jī)動尾部滑行力測試裝置，其特征是：包括水洞、空化器、張線、驅(qū)動 桿、測試圓柱，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試圓柱，第四張線的另一端穿過水洞壁面至水洞外，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)線穿過第一張線、第二張 線或第三張線至水洞外，驅(qū)動桿位于第四張線里，驅(qū)動桿的一端連接位于水洞里的測試圓 柱，驅(qū)動桿的另一端穿過水洞壁面連接位于水洞外的驅(qū)動電機(jī)，測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)動尾部滑行力測試裝置，其特征是：空化器 錐段刻有三個鍥形凹槽，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)動尾部滑行力測試裝置，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；測試圓柱的下壁面安裝動 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)動尾部滑行力測試裝置，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)動尾部滑行力測試裝置，其特征是：張線的 剖面為翼型。
【文檔編號】G01M10/00GK204177545SQ201420538689
【公開日】2015年2月25日 申請日期: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 申請人:哈爾濱工程大學(xué)