专利名称：一种脊状结构流场测试平板模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水下航行器流场测试试验的平板模型，特别是涉及一种脊状 结构流场测试平板模型。
背景技术：
脊状结构有减阻的作用，为了弄清其减阻原理，流场测试技术必不可少，国内外在 该方面都进行了许多实验研究。当前的流场测试实验主要在水洞或者风洞中进行，水洞实 验模型多为平板模型，试验时立放于水中，风洞实验模型多为翼型或者平板模型。脊状结构流场测试试验是对比实验，在对具有不同脊状结构的模型进行试验时， 应该保证不同模型表面外部流场的一致性。因此，试验需要一系列具有不同脊状结构的试 验模型，试验工作量很大，而且要求不同的试验模型除脊状结构外的其它部分尽可能的具 有一致性。现有实验技术中的平板试验模型是整体加工成型的，存在有以下不足(1)平板模型立放于水中，脊状结构在水中的深度不一致，由于重力场的影响导致 脊状结构表面流场不一致。(2)由于加工条件的限制使得不同模型的前端面、前端面与中段连接处并不能完 全保证一致，导致不同模型外部流场缺乏一致性。(3) 一次试验只能测试一种脊状结构的表面流场，工作效率较低。
发明内容
本明的目的在于提供一种脊状结构流场测试平板模型。这种测试平板模型不仅能 在试验中大幅度提高试验研究的可比性和准确性，而且减少了试验工作量，提高了工作效率。本发明的上述技术問题是通过提供一种有如下结构的脊状结构流场测试平板模 型来解决的，该脊状结构流场测试平板模型包括头部、试验板、支杆、连接件等几部分组 成。为了减少试验过程中流体对平板模型的冲击，平板模型的头部前端面倒有圆角， 后端设计成楔形，便于定位。由于是湍流减阻试验，因此在头部前端垂直流动方向加工有10 条左右宽度和深度均为Imm的平行排列的V型沟槽，作为粗糙带，使试验板表面流场充分达 到湍流。平板模型的头部长度与试验板长度比例Ll L2 = 1 15，两者配合处的楔形角度为60度。试验板前端为楔形槽，与头部配合定位；尾部设计有导流段，使流场稳定。在试 验板上表面加工脊状结构的区域，脊状结构是利用精密铣床直接在试验板表面加工成形。 以试验板中轴线为界，两边分别加工不同尺寸、形状的脊状结构。这样就可以在一次试验中 同时对两种脊状结构表面流场进行测试，减少了工作量。为减少两种脊状结构表面流场相 互影响，在两者相接处设置合适宽度的间隔。
为减少头部与试验板之间的装夹误差，连接件和螺钉采用配打连接。在进行不同脊状结构试验时使用同样的头部，只更换试验板，以提高试验状态的一致性。支杆的一端与 外部装置连接，另一端与试验板连接。以保证试验板在试验中状态稳定。支杆与试验板的连接方式如图2所示。试验板上加工三个通孔，靠近前端面的两 个分列两侧，在保证强度的情况下尽量靠近侧边缘，以减少对脊状结构表面流场的影响，靠 近后端面的一个位于脊状结构区域之外的中轴线上。三个支杆通过螺母与试验板紧固连 接。支杆靠近试验板上表面的部分设计成菱形截面，安装时菱形截面长轴与流体流动方向 一致，这样可以使流体平稳绕过支杆，减少支杆对试验板表面流场的影响。该平板模型试验时平放于水中，消除了重力场的影响；采用分离式设计，提高了不 同模型的试验状态的一致性以及试验研究的准确性；在一个试验板上同时加工两种脊状结 构，大大减少了试验工作量，提高了工作效率。
下面结合附图对本发明脊状结构流场测试平板模型做进一步详细说明。图1.是本发明脊状结构流场测试平板模型示意图。图2.是本发明脊状结构流场测试平板模型俯视图(虚线所包括区域为脊状结构 区域)。图3.是本发明脊状结构流场测试平板模型俯视图中A-A向的示意图。图4.是本发明脊状结构流场测试平板模型俯视图中d处螺钉连接局部放大图。图5.是本发明脊状结构流场测试平板模型俯视图中A-A向的示意图中e处脊状 结构局部放大图。图6.是本发明脊状结构流场测试平板模型俯视图中A-A向的示意图中f处脊状 结构局部放大图。
具体实施例方式如图1示，本发明脊状结构流场测试平板模型包括头部1、试验板2、支杆3、螺母 4、连接件5和螺钉6几部分组成。为了减少试验过程中流体对平板模型的冲击，平板模型的头部1前端面倒有圆 角，后端设计成楔形，便于定位。由于是湍流减阻试验，因此在头部1前端垂直流动方向加 工有10条左右宽度和深度均为Imm的平行排列的V型沟槽，作为粗糙带7，以此使试验板2 表面流场充分达到湍流。平板模型的头部长度与试验板长度比例Ll L2 = 1 15，两者配合处的楔形角 度为60度。试验板2前端为楔形槽，与头部配合定位；尾部设计有导流段，避免流动分离， 使流场稳定。在试验板2上表面加工脊状结构的区域，脊状结构是利用精密铣床直接在试 验板表面加工成形的。以试验板2中轴线为界，两边分别加工不同尺寸、形状的脊状结构， 这样就可以在一次试验中同时对两种脊状结构表面流场进行测试，减少了工作量。为减少 两种脊状结构表面流场相互影响，在两者相接处设置合适宽度的间隔。平板模型的头部1与试验板2之间靠连接件5和螺钉6连接。为减少装夹误差， 连接件5和螺钉6均采用配打。在进行不同脊状结构试验时，使用同样的头部1，只更换试验板2，以提高试验状态的一致性。支杆3的一端与外部装置连接，另一端与试验板2连接。其作用是保证试验板2 在试验中状态稳定。支杆3与试验板2的连接方式如图2所示。试验板上加工三个通孔，靠近前端面的 两个分列两侧，在保证强度的情况下尽量靠近侧边缘，以减少对脊状结构表面流场的影响， 靠近后端面的一个位于脊状结构区域之外的中轴线上。三个支杆通过螺母4与试验板2紧 固连接。支杆3靠近试验板上表面的部分设计成菱形截面，安装时菱形截面长轴与流体流 动方向一致，这样可以使流体平稳绕过支杆3，减少支杆3对试验板2表面流场的影响。如图 1、图 2 所示，Ll = 40mm, L2 = 600mm, L3 = 180mm。平板模型头部和试验板材料均为有机玻璃，支杆材料为45号钢。如图1所示，本发明脊状结构流场测试平板模型的装配头部1和试验板2通过楔形槽对齐，连接件5置于连接处，后将螺钉6分别通过连接件5拧入头部1和试验板2，确保 头部1和试验板2紧密连接。将支杆3插入试验板2上的通孔，保证支杆3菱形截面长轴方向与试验板2轴向 方向一致，然后用螺母4将支杆3和试验板2固连。该平板模型平放于水中，消除了重力场的影响；采用分离式设计，提高了不同模型 的试验状态的一致性以及试验研究的准确性；在一个试验板上同时加工两种脊状结构，大 大减少了试验工作量，提高了工作效率。
权利要求
一种脊状结构流场测试平板模型，包括平板模型头部和试验板，其特征在于所述平板模型头部(1)和试验板(2)采用分离式，平板模型的头部(1)与试验板(2)之间由连接件(5)和螺钉(6)采用配打连接。
2.根据权利要求1所述的脊状结构流场测试平板模型，其特征在于所述的平板模型 的头部(1)前端面倒有圆角，后端成楔形，试验板(2)前端为楔形槽，与头部配合定位，试验 板(2)尾部有导流段。
3.根据权利要求1所述的脊状结构流场测试平板模型，其特征在于所述的试验板(2) 表面以中轴线两侧加工有两种不同形状、尺寸的脊状结构，两者相接处设置合适宽度的间 隔，平板模型采用平放于水中的放置方式。
4.根据权利要求1所述的脊状结构流场测试平板模型，其特征在于所述支杆(3)穿 过试验板(2)上的通孔，用螺母(4)将三根支杆和试验板紧固连接，支杆(3)靠近试验板 (2)上表面的部分设计成菱形截面，菱形截面长轴方向与试验板轴向方向一致，支杆(3)的 另一端与外部装置连接。
5.根据权利要求1所述的脊状结构流场测试平板模型，其特征在于平板模型的头部 长度与试验板长度比例L1 L2 = 1 15，两者配合处的楔形角度为60度。
6.根据权利要求1所述的脊状结构流场测试平板模型，其特征在于所述的平板模型 头部和试验板材料均为有机玻璃，支杆材料为45号钢。
全文摘要
本发明公开了一种脊状结构流场测试平板模型，它包括头部、试验板、支杆和连接件，试验板表面加工成两种不同尺寸和形状的脊状结构；头部和试验板通过楔形槽对齐，连接件置于连接处，后将螺钉分别通过连接件拧入头部和试验板，确保头部和试验板紧密连接；将支杆插入试验板上的通孔，保证支杆菱形截面长轴方向与试验板轴向方向一致，然后利用螺母将支杆和试验板固连。该平板模型平放于水中，消除了重力场的影响；采用分离式设计，提高了不同模型的试验状态的一致性以及试验研究的准确性；在一个试验板上同时加工两种脊状结构，大大减少了试验工作量，提高了工作效率。
文档编号G01M10/00GK101832853SQ20091002150
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月12日 优先权日2009年3月12日
发明者刘冠杉, 刘占一, 吴文辉, 宋保维, 潘光, 肖智勇, 胡海豹, 黄桥高 申请人:西北工业大学