[發明專利]一種具有增壓裝置的流體驅動結構高速轉動試驗裝置

有效

• 申請號: 201110442413.1
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102607803A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 孫凌玉;李偉;姚京寧
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發明涉及一種具有增壓裝置的流體驅動結構高速轉動試驗裝置，它是一種由增壓裝置促使流體高速流動，流體驅動機械結構高速轉動的試驗裝置。它主要用于研究高速運動流體和機械結構的流固耦合機理，驗證仿真算法的準確性和適用性；它能夠部分代替復雜、昂貴的水洞試驗設備，用于研究機械結構的動態響應與流體運動參數的關系。通過分析試驗數據，可以深入地探索流固耦合機理與尺度律等問題。該試驗裝置能夠為流體機械結構設計提供理論依據，屬于水利水電工程、海洋船舶工程和武器工業工程技術領域。

(二)背景技術

薄板是流體機械結構的基本單元。由于受到高速流體的沖擊，薄板會高速轉動，并且發生變形。薄板在流體中高速轉動將會影響流場分布，流體將會導致薄板變形，這是流體-固體相互作用的復雜過程。具體的過程是：由于薄板的運動和變形，導致流體域的邊界發生改變，進而影響流體域的壓強分布，特別是流體作用在薄板表面的壓強分布；同時，流體壓強的作用也會影響薄板的變形趨勢。

薄板受到流體沖擊，繞轉軸高速轉動，是大位移、非線性和彈(塑)性變形的瞬態過程，即典型的流固耦合過程。在水力發電機等工作時，都會發生這種流固耦合過程。國內外對這類問題的理論和仿真分析正在逐步完善，但是基本沒有涉及試驗驗證。對該問題進行試驗分析，有助于準確地掌握流固耦合現象，并且可以評估仿真方法的準確性和適用性，還可以進一步地指導仿真模型修正工作，得到更加準確的仿真結果。運用試驗裝置進行試驗的驗證，是研究流固耦合問題的重要組成部分。

一般情況下，涉及到流體力學的試驗研究，包括流固耦合試驗研究，大多應用水洞試驗裝置。水洞試驗裝置雖然是流體力學試驗研究的通用裝置，但是有設備尺寸比較大，空間占用比較大，推動水流動的動力系統功率很大，能源消耗和試驗費用很大等劣勢。如果試驗器件按照1∶1制作，制作周期較長，制作成本很高，試驗過程中測量元件的安裝和測試也不夠方便。

因此，特別需要設計一個滿足這一類問題研究需求的流固耦合試驗裝置，它既滿足試驗的基本要求，可以高效、快捷地完成試驗，獲取數據；又可以不過多地占用空間資源，減少成本，節約能源。

(三)發明內容

1、目的：

本發明的目的是提供一種具有增壓裝置的流體驅動結構高速轉動試驗裝置。它針對水下高速轉動機構，為仿真方法提供試驗參考依據，從而評估仿真方法的準確性和適用性。通過試驗，可以從系統的角度掌握轉動速度、轉動加速度等對于薄板上應力、應變分布的影響。通過采用不同尺寸的水下結構進行試驗，然后分析對比，可以探索如何利用小尺度縮比實驗的結果還原出原型系統的響應特性，為水下大尺度結構設計提供理論指導。同時，還可以研究水下結構運動學控制與限位機構碰撞吸能。

2、技術方案：

見圖1，本發明一種具有增壓裝置的流體驅動結構高速轉動試驗裝置，它包括增壓系統、流體機械系統和信號采集分析系統。系統之間的相互關系是：增壓系統驅動流體在流體機械系統中高速運動，信號采集分析系統的傳感器布置在流體機械系統內部。

所述增壓系統由波紋管和氣泵組成，其位置和連接關系是：氣泵放置在水平地面；波紋管的一端連接氣泵的排氣口，另一端與高壓儲水箱的側壁上部相通。該波紋管是耐高壓金屬樹脂復合波紋管，是市購標準件；該氣泵是市購件。