可生成振荡来流的水洞实验装置的制作方法

本发明属于船舶与水下航行器工程、水利水电工程技术领域，具体是一种可生成振荡来流的水洞试验装置。

背景技术：

在高速水流中，当某一位置处的压力降低到饱和蒸汽压力以下时，将产生自然空化现象。随着空化数的降低，自然空化可以发展成为超空化流动。以水下航行体为例，此时，超空化形成的自然超空泡将水下航行体几乎全部包裹。另外，在流速较低情况下，通过在水下航行体头部表面主动注入空气等不可凝结气体，也可以在航行体周围形成通气超空泡。无论是自然超空泡还是通气超空泡，均可大大减小航行体的航行阻力，从而提高水下航行速度。

超空泡流动存在显著的非定常特性，其中自然超空泡存在空穴的生长、振荡、溃灭等非定常流动特性；通气超空泡的非定常特性主要集中在空泡尾部，通常会在空泡尾部发生泄气，而且泄气的方式受周围流动环境影响很大。尤其是当航行体在水下深度较浅，此时的水面波浪会显著影响超空泡的非定常特性，进而影响航行体的受力状态。目前，国内尚无模拟航行体来流波动的实验装置，已有的实验研究都是在均匀来流条件下开展的，难以模拟水面波浪对水下航行体超空泡流动的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可生成振荡来流的水洞实验装置，用于解决现有水洞实验无法模拟海面波浪对水下航行体超空泡流动影响的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种可生成振荡来流的水洞实验装置，包括控制系统、传动机构、振荡生成器和水洞试验平台；控制系统通过传动机构带动振荡生成器在水洞试验平台内产生振荡来流；

所述传动机构包括连杆，转动副，飞轮，轴承和动密封件；所述振荡生成器包括水翼和水翼连接轴；

连杆的一端设置有转动副，连杆的另一端与水翼连接轴相连，飞轮通过其上设置的转动副与连杆连接，轴承套在水翼连接轴上，并通过动密封件实现水洞的密封；水翼与水翼连接轴相连，放置在水洞试验平台内。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1、通过控制系统可以实现伺服电机转速的灵活和精确控制。2、通过传动机构带动水翼产生周期性摆动。3、试验装置结构简单，适用于各种试验模型的空化流动试验。

附图说明

图1是本发明可生成振荡来流的水洞试验装置的构成示意图。

图2是传动机构和振荡生成器的连接示意图。

图3是水翼连接轴的转动和密封方式的示意图。

图4是振荡生成器三个不同角度的示意图。

具体实施方式

本发明可生成振荡来流的水洞实验装置，由控制系统i、传动机构ii、振荡生成器iii和水洞试验平台iv四部分组成。

所述控制系统包括工控机，控制器，伺服电机和角速度传感器。

所述传动机构包括连杆，转动副，飞轮，轴承和动密封件。

所述振荡生成器包括水翼和水翼连接轴。

所述试验平台包括循环水洞和水下航行体模型。

工作过程：首先，启动工控机，然后，调节水洞流动参数，产生绕水下航行体的自然超空泡流动或者通气超空泡流动；接下来，通过控制器启动伺服电机，使伺服电机驱动飞轮转动，飞轮带动连杆机构摆动，连杆机构通过水翼连接轴带动水翼振荡，从而在水下航行体上游产生振荡来流，角速度传感器将采集到的信号反馈给控制器实现闭环控制，同时控制器将角速度信号传输给工控机进行显示和存储。

下面结合附图与实施例对本发明进行详细说明。

一种可生成振荡来流的水洞试验装置，如图1所示，它由控制系统i、传动机构ii、振荡生成器iii和水洞试验平台iv四个部分组成。

控制系统i包括工控机10，控制器11，伺服电机12和角速度传感器13。通过控制器11控制伺服电机12按照预定的转速驱动飞轮5转动，从而带动连杆机构ii运动。通过角速度传感器13测量水翼连接轴的角速度，反馈给控制器11，实现闭环控制。控制器11监测到的角速度数据在工控机10上进行存储和显示。

传动机构ii包括连杆3，转动副4，飞轮5，轴承8和动密封件9。如图2所示，其中连杆3a和连杆3c长度相同，连杆3b的长度与水翼连接轴2a和2b之间的距离相等。连杆3a和连杆3b通过转动副4a可以实现平面转动，连杆3c和连杆3b通过转动副4b可以实现平面转动，在连杆机构运动过程中，连杆3a和连杆3c始终保持平行。如图3所示，水翼连接轴2a与轴承8a和8d配合实现转动。水翼连接轴2a穿过动密封件9a之后延伸到水洞壁面7c外侧。水翼连接轴2a在水洞壁面7c外侧和连杆3a为固定连接。水翼连接轴2b穿过动密封件9b之后延伸到水洞壁面7c外侧。水翼连接轴2b在水洞壁面7c外侧和连杆3c为固定连接。

振荡生成器iii包括水翼1和水翼连接轴2。如图4所示，给出了振荡生成器三个方向的示意图。水翼1a和水翼连接轴2a为固定连接，水翼1b和水翼连接轴2b为固定连接。水翼1a和1b的初始时刻均处于水平位置。当连杆机构运动时，水翼1a和1b随水翼连接轴转动，实现周期性的摆动，而且始终保持平行。

试验平台iv包括水洞7和水下航行体模型6。水下航行体模型6位于水洞7的试验段内，处于水振荡生成器iii的下游一定距离处。通过调节水洞7的流动参数，形成绕水下航行体6的超空泡流动。透过水洞7c即可观察到振荡生成器iii产生的振荡来流对绕水下航行体6超空泡流动的影响。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种可生成振荡来流的水洞实验装置。由控制系统I、传动机构II、振荡生成器III和水洞试验平台IV四部分组成。控制系统包括工控机，控制器，伺服电机和角速度传感器。传动机构包括连杆，转动副，飞轮，轴承和动密封件。振荡生成器包括水翼和水翼连接轴。试验平台包括循环水洞和水下航行体模型。本发明的试验装置结构简单，适用于各种试验模型的空化流动试验。

技术研发人员：胡常莉;陈广豪;陈少松;王学德
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2018.08.31
技术公布日：2019.02.15