一种用于水面航行器实验研究的水风洞的制作方法

本发明属于水面航行器研究，具体涉及一种用于水面航行器实验研究的水风洞。

背景技术：

1、水面航行器，例如船舶、潜艇（出水航行时）、水上起降飞行器，在运动时同时受到水和空气两种不同流场的作用。水形成的流场的密度、流速和空气形成的流场的密度、流速存在较大的差异，航行器受到流体力学的影响十分复杂，因此，本申请旨在模拟航行器运动时的流体力学环境，获取复杂流场状态下航行器的各物理参数信息。

2、目前，有用于飞行器设计研究的风洞，风洞可以为飞行器提供对应具有特定参数的气体流场，以模拟飞行器在特定状态下的飞行环境。同时，风洞内的支撑机构可以调整模型的姿态角，以模拟飞行器的飞行姿态。此外，风洞还具有配套的测量设备，用以测量飞行器模型在不同状态下的物理参数。

3、也有用于水中航行器设计研究的水洞/槽，水洞可为航行器提供特定参数的液体流场，以模拟航行器在水中运动时的外部流场环境。同样，水洞也有配套的测量设备，用以获取模型在水流中相对运动时的物理参数。

4、目前风洞只能提供气体流场，主要用于气体环境中飞行器研究，而水洞只能提供液体流场，主要用于水下航行器的研究，或者雷诺数较高的实验研究。目前有用于水中航行器研究的水槽，水槽中的水初始状态保持静止，模型在拖拽机构的牵引下与水产生相对运动，模型在水面以上的部分与空气产生相对运动，但是空气和水之间的相对速度几乎为零，因此，水槽无法分别控制气体流场和液体流场的运动状态。

5、然而，实际状态下，航行器面临的空气流场环境和水下流场环境之间存在一定的差异，例如，当有风的时候，航行器感受到的空气流动速度和水的流动速度往往不一致。因此，现有设备无法模拟航行器在水面航行的复杂流场环境。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：本发明提供了一种用于水面航行器实验研究的水风洞，解决了模拟水面航行器航行时的空气流场环境和水流环境实际状态的问题，为实验模型提供实验环境和测试平台，获得水面航行器模型在复杂航行状态下所受的力、表面压力、水上及水下噪声，获得航行器水上部分和水下部分的表面流线，获得航行器周围流场（包括水上和水下）的流动显示结果等。

2、本发明目的通过下述技术方案来实现：

3、一种用于水面航行器实验研究的水风洞，包括风洞通道和水洞通道，风洞通道位于上部并设有供风系统，水洞通道位于下部并设有供水系统，风洞通道与水洞通道之间贯通形成实验段，还包括调整模型姿态的模型支撑机构，模型支撑机构上的模型位于实验段，模型上部分位于风洞通道的气体内、下部分位于水洞通道的液体内。

4、进一步的，所述的风洞通道为直道结构。

5、进一步的，所述的风洞通道内设有位于实验段前部的蜂窝网和风道阻尼网。

6、进一步的，所述的风洞通道包括位于实验段前部的风道收缩段，以及包括位于实验段后部的风道扩压段。

7、进一步的，所述的供风系统包括风机，风机位于风洞通道内，风洞通道内设有位于风机前部的风道保护网。

8、进一步的，所述的水洞通道为回字形循环结构。

9、进一步的，所述的水洞通道内设有位于实验段前部的水道阻尼网。

10、进一步的，所述的水洞通道包括位于实验段前部的水道收缩段，以及包括位于实验段后部的水道扩压段。

11、进一步的，所述的水洞通道的拐角处设有水道导流片。

12、进一步的，所述的供水系统包括水泵，水泵位于水洞通道内，水泵与水洞通道外的水泵电机连接，水洞通道内设有位于水泵前部的水道保护网。

13、进一步的，所述的模型支撑机构具有调整模型攻角、侧滑角、滚转角和吃水深度功能中的至少一种。

14、本发明的有益效果：

15、1.可单独控制气体流场和液体流场，实验段内的流场为气液两相流场。

16、2.模型同时处于气体流场和液体流场内，受到两种流场的共同作用。

17、3.可模拟水面航行器面临的航行环境，提供不同速度的气体流场和液体流场。

18、前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，（各非冲突选择）选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

技术特征：

1.一种用于水面航行器实验研究的水风洞，包括风洞通道和水洞通道，其特征在于：所述的风洞通道位于上部并设有供风系统，水洞通道位于下部并设有供水系统，风洞通道与水洞通道之间贯通形成实验段（16），还包括调整模型（15）姿态的模型支撑机构（14），模型支撑机构（14）上的模型（15）位于实验段（16），模型（15）上部分位于风洞通道的气体内、下部分位于水洞通道的液体内。

2.根据权利要求1所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的风洞通道内设有位于实验段（16）前部的蜂窝网（1）和风道阻尼网（2）。

3.根据权利要求1或2所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的风洞通道包括位于实验段（16）前部的风道收缩段（3），以及包括位于实验段（16）后部的风道扩压段（10）。

4.根据权利要求1所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的供风系统包括风机（12），风机（12）位于风洞通道内，风洞通道内设有位于风机（12）前部的风道保护网（13）。

5.根据权利要求1所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的水洞通道为回字形循环结构。

6.根据权利要求1所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的水洞通道内设有位于实验段（16）前部的水道阻尼网（5）。

7.根据权利要求1所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的水洞通道包括位于实验段（16）前部的水道收缩段（6），以及包括位于实验段（16）后部的水道扩压段（8）。

8.根据权利要求5所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的水洞通道的拐角处设有水道导流片（4）。

9.根据权利要求1所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的供水系统包括水泵（11），水泵（11）位于水洞通道内，水泵（11）与水洞通道外的水泵电机（9）连接，水洞通道内设有位于水泵（11）前部的水道保护网（7）。

10.根据权利要求1所述的用于水面航行器实验研究的水风洞，其特征在于：所述的模型支撑机构（14）具有调整模型（15）攻角、侧滑角、滚转角和吃水深度功能中的至少一种。

技术总结
本发明公开了一种用于水面航行器实验研究的水风洞，属于水面航行器研究技术领域，具体包括风洞通道和水洞通道，风洞通道位于上部并设有供风系统，水洞通道位于下部并设有供水系统，风洞通道与水洞通道之间贯通形成实验段，还包括调整模型姿态的模型支撑机构，模型支撑机构上的模型位于实验段，模型上部分位于风洞通道的气体内、下部分位于水洞通道的液体内。本发明的有益效果：可单独控制气体流场和液体流场，实验段内的流场为气液两相流场；模型同时处于气体流场和液体流场内，受到两种流场的共同作用；可模拟水面航行器面临的航行环境，提供不同速度的气体流场和液体流场。

技术研发人员：李国强,赵鑫海,吴霖鑫,宋奎辉
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19