一種入水通氣多相流動實驗模擬機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實驗模擬機構(gòu)，尤其涉及一種入水通氣多相流動實驗模擬機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水中多相流減阻技術(shù)的發(fā)展與應用，對于水面和空中入水的航行體，為了實現(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)開始工作。所以為發(fā)展入水通氣多相流動實驗模擬技術(shù)是解決入水通氣多相流的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]另一方面，對于普通的水面及空中飛行的航行體在入水后也會空化，在之后的航行過程中，由于空泡的潰滅會導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，可以實現(xiàn)解決普通水面及空中飛行的航行體在入水后會形成空泡潰滅導致航行體彈道失穩(wěn)問題。因此開展入水通氣多相流研宄有助于解決入水空化導致航行體彈道失穩(wěn)問題。
[0004]對于沒有通氣系統(tǒng)工作的航行體垂直入水時，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，決定了入水時卷入空氣量的多少及卷入的空氣在空泡內(nèi)的彈性效應。這些因素是空泡在進一步發(fā)展中失穩(wěn)及潰滅導致航行體運動失穩(wěn)的決定性因素。特別是對于在入水時通氣系統(tǒng)工作的情況下，由于通入氣體的作用，會改變?nèi)胨畷r卷入空氣的量及卷入空氣在空泡內(nèi)的彈性效應。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出現(xiàn)新的關(guān)系及形式，這將導致新的空泡失穩(wěn)及潰滅機制。通氣多相流在卷入空氣、通入氣體及航行深度變化聯(lián)合作用下勢必導致空泡內(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。最終將導致空泡出現(xiàn)由通氣失穩(wěn)(空泡內(nèi)堆積過多氣體)、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)的新機制。
[0005]Worthington最先研宄了入水現(xiàn)象，觀察到了球體入水時產(chǎn)生的噴濺和空泡。其后研宄者主要針對空投運動體入水過程中結(jié)構(gòu)破壞、彈道失穩(wěn)及跳彈等問題來展開入水的研宄。更多關(guān)注入水過程空化演化對航行體載荷特性的影響，而對空泡流本身關(guān)注于如何避免其負面效應。實驗研宄方面，Reichardt等對圓盤，圓錐空化器在水洞及拖曳水池中進行了大量的實驗研宄，獲得空化器經(jīng)驗阻力計算公式。Michel實驗研宄了二維水中通氣多相流長度與弗勞德數(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)導的團隊開展了大量的水中多相流實驗研宄，得到了軸對稱多相流流的空泡形狀擬合公式、弗勞德數(shù)對通氣多相流流影響的判斷標準及入水多相流發(fā)展等。Kuklinski，Kawakami對通氣水中多相流的遲滯效應等進行了一系列研宄。Arndt等帶領(lǐng)的團隊通過大量水中多相流流控制實驗研宄。Backer研宄了圓錐垂直入水過程的阻力變化特性。Gekle實驗研宄了空泡深閉合過程中空泡內(nèi)部空氣流場的運動情況，Truscott開展了球體低速垂直入水多相流形態(tài)變化以及多相流對球體流體動力的影響規(guī)律實驗研宄。國內(nèi)，陳鑫等對航行體通氣多相流及自然多相流流動機理開展了大量的數(shù)值和實驗研宄。王一偉基于射彈實驗及數(shù)值計算考慮了通氣局部多相流的穩(wěn)定性機制。何春濤對錐心頭部航行體開展了大量實驗，給出了空泡流動結(jié)構(gòu)及航行體的阻力特性。
[0006]綜上所述，入水問題一直是被大家關(guān)注的焦點和難點之一，前期主要針對航行體入水過程的載荷及彈道特性進行了廣泛的研宄。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，并開展了入水多相流研宄。但是針對入水多相流發(fā)展規(guī)律的研宄處于起步階段，特別是對入水通氣多相流初期生長的閉合行為研宄缺乏足夠的認識，沒有針對該問題的實驗方法。主要問題在于，一般實驗通氣系統(tǒng)采用管路供氣可準確控制流量，但入水實驗處于運動狀態(tài)，攜帶通氣系統(tǒng)管路會嚴重影響模型的運動軌跡及多相流形成，如何實現(xiàn)在水筒中模擬入水通氣多相流及通氣量的準確確定揭示入水通氣多相流初期生長閉合行為的前提條件。所以急需一種入水通氣實驗模擬機構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了研宄航行體入水通氣多相流初期生長的閉合行為而提供一種入水通氣多相流動實驗模擬機構(gòu)。
[0008]本發(fā)明的目的是這樣實現(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)還設置有中空的圓柱臺面，所述中空的圓柱臺面的周向上設置有至少六個通氣孔，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面內(nèi)部。
[0009]本發(fā)明還具有以下結(jié)構(gòu)特征:
[0010]1.有至少兩排所述通氣孔，每排至少有六個，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，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過模型艙段存儲通入的氣體，可以有效減少外部通氣管路對實驗及流場的干擾，保證實驗模擬的有效性；借助儲氣倉的高壓實現(xiàn)密封板的密封狀態(tài)，同時借助入水沖擊沖擊載荷作用打開儲氣倉實現(xiàn)在入水時有效通氣。本發(fā)明沒有通氣系統(tǒng)管路，使本發(fā)明即使在入水實驗中處于運動狀態(tài)也不會影響模型的運動軌跡和多相流的形成。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0014]結(jié)合圖1，本發(fā)明包括圓錐形集氣艙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)還設置有中空的圓柱臺面8，所述中空的圓柱臺面8的周向上設置有至少六個通氣孔2，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等，所述活塞桿9位于中空的圓柱臺面8內(nèi)部。
[0015]本發(fā)明還可以是:有至少兩排所述通氣孔，每排至少有六個，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)尺寸需要進行相應的增加。
[0016]本發(fā)明是一套入水通氣實驗模擬機構(gòu)，可以在水中模擬入水通氣多相流動的動態(tài)過程。本發(fā)明的工作過程主要為:在發(fā)射試驗之前，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是的密閉蓋板7和圓環(huán)形密封圈3保證集氣艙與通氣孔2斷開；當航行體入水時，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的機構(gòu)向后移動，打開圓錐形集氣艙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方向，雙箭頭6代表密閉蓋板7的運動方向。
[0017]經(jīng)過計算，本發(fā)明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的開啟狀態(tài)，所以該機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)入水過程通氣空化的實驗模擬。同時，由于入水過程很短，圓錐形集氣艙4的壓力在供氣過程當中幾乎不變，根據(jù)壓力和通道尺寸便可以設計精準的通氣量。因此通過本發(fā)明便可以實現(xiàn)航行體入水過程通氣多相流實驗的模擬以及通氣量的準確確定。
[0018]本發(fā)明的聯(lián)接方式:
[0019]空化器I與和密閉蓋板7與活塞桿9之間都是通過螺紋連接。
[0020]空化器I和密閉蓋板7通過一根活塞桿9聯(lián)接，整體可以反復移動。通氣孔2位于模型圓錐段前面的中空的圓柱臺面8上，該臺面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，打開氣流通道方向5，同時保證在通氣孔前面處于密封狀態(tài)。
[0021]I)準備工作:在發(fā)射試驗之前，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；
[0022]2)實施入水:當航行體入水時，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的機構(gòu)向后移動。
[0023]3)在該機構(gòu)的作用下，圓錐形集氣艙4與通氣孔2之間的通道開放，接著壓縮空氣從通氣孔2流出。
【主權(quán)項】
1.一種入水通氣多相流動實驗模擬機構(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)還設置有中空的圓柱臺面，所述中空的圓柱臺面的周向上設置有至少六個通氣孔，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實驗模擬機構(gòu)，其特征在于:有至少兩排所述通氣孔，每排至少有六個，且通氣孔與通氣孔之間的間隔相等。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種入水通氣多相流動實驗模擬機構(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)還設置有中空的圓柱臺面，所述中空的圓柱臺面的周向上設置有至少六個通氣孔，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面內(nèi)部。本發(fā)明可以有效減少外部通氣管路對實驗及流場的干擾，保證實驗模擬的有效性；借助儲氣倉的高壓實現(xiàn)密封板的密封狀態(tài)，同時借助入水沖擊載荷作用打開儲氣倉實現(xiàn)在入水時有效通氣。
【IPC分類】G01M10-00
【公開號】CN104776976
【申請?zhí)枴緾N201510169668
【發(fā)明人】蔣運華, 張昱, 李春濤, 陳拾
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月10日