[發明專利]非光滑表面流體摩擦阻力測試裝置及非光滑表面減阻效果評價方法

無效

• 申請號: 201310467757.7
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103512844A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 趙剛;李芳;劉維新;杜軍偉;臧東陽;孫壯志;張殊;劉明明;李照遠
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種流體對固體表面結構摩擦阻力的測試裝置以及對非光滑表面和表面涂層結構的減阻效果評價方法。

背景技術

目前，國內外相關學者對流體與固體界面之間的運動減阻問題進行了廣泛深入的理論探索及應用研究，并成功的在多方面取得了較為顯著的進展。由于減阻問題能夠直接影響到裝備的能耗和力學性能，所以此問題的研究一直受到各國專家學者的關注，其研究方法主要從理論分析、數值模擬、模型試驗等方面進行研究，最后通過比較試驗裝置中測試樣件的減阻性能并得出所需結論，進而再投入到工程實際應用中。無論是理論分析，還是數值計算，都以模型試驗獲得的數據精度最高，更接近于實際，因此理論分析，數據模擬等最終也都需要試驗的檢驗和驗證。試驗方法作為研究流體減阻的重要手段，對推進流體減阻理論的發展起到了非常重要的作用，流體力學新現象和新理論的提出，一般需要對流體進行大量測試試驗。仿生射流表面能夠減小流體與固體之間的摩擦阻力，減阻效果明顯，是一種全新的減阻技術，當前對于此項技術的研究主要集中在理論分析與數值模擬階段，因其還沒有一套完整的射流表面測試試驗裝置，因此模型試驗還無法完成。傳統的減阻試驗研究大多在水洞、水槽或水池拖曳等環境中進行，但是，由于其造價昂貴、耗資巨大、體積龐大、日常維護困難、噪聲大、試驗條件不易控制、試驗模型復雜，在試驗條件的各個方面都具有一定的局限性，并且以上所述裝置均無法進行射流表面減阻試驗的研究，因此，研究設計一臺成本低廉、結構簡單、試驗方便的射流減阻測試試驗裝置顯得尤為重要。

目前，非光滑表面和射流表面的減阻測試裝置多集中在旋轉射流測試方法，如申請號為：201110089369.0，名稱為“評估仿生非光滑表面及仿生射流表面減阻效果的試驗裝置”和申請號為：201120070969.8，名稱為“一種對摩擦阻力測試的試驗裝置”的專利申請，測量非光滑表面結構和表面涂層結構的摩擦阻力時，需要在圓筒表面加工出凹坑、凸包、V型溝槽以及涂層等，操作難度較大。

發明內容

本發明的目的在于提供能夠準確測試出非光滑表面結構和表面涂層結構的流體摩擦阻力的非光滑表面流體摩擦阻力測試裝置及非光滑表面減阻效果評價方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明非光滑表面流體摩擦阻力測試裝置，其特征是：包括步進電機、扭矩信號耦合器、旋轉軸、水箱，步進電機通過第一彈性膜片聯軸器與扭矩信號耦合器相連，扭矩信號耦合器的輸出軸通過第二彈性膜片聯軸器與旋轉軸相連，旋轉軸的端部安裝旋轉圓盤，旋轉圓盤設置在密閉的水箱里，旋轉圓盤在步進電機的帶動下旋轉，扭矩信號耦合器采集旋轉圓盤的扭矩、功率、轉速信號并傳入到計算機，步進電機和扭矩信號耦合器均固定在導軌上，導軌安裝在支撐臺上，旋轉軸與導軌相平行。

本發明還可以包括：

1、步進電機采用三相伺服混合式步進電機驅動器控制，最小步距角為0.036°。

2、水箱上設置旋轉軸入口，旋轉軸入口處安裝滾動軸承，旋轉軸與滾動軸承相配合。

3、導軌可沿支撐臺移動。

4、水箱相鄰的兩個側面分別開有窗口，窗口裝有透光率大于99%的光學玻璃進行密封。

本發明非光滑表面減阻效果評價方法，其特征是：采用非光滑表面流體摩擦阻力測試裝置進行評價，該裝置包括步進電機、扭矩信號耦合器、旋轉軸、水箱，步進電機通過第一彈性膜片聯軸器與扭矩信號耦合器相連，扭矩信號耦合器的輸出軸通過第二彈性膜片聯軸器與旋轉軸相連，旋轉軸的端部安裝旋轉圓盤，旋轉圓盤設置在密閉的水箱里，旋轉圓盤在步進電機的帶動下旋轉，扭矩信號耦合器采集旋轉圓盤的扭矩、功率、轉速信號并傳入到計算機，步進電機和扭矩信號耦合器均固定在導軌上，導軌安裝在支撐臺上，旋轉軸與導軌相平行；

（1）步進電機帶動旋轉圓盤旋轉，通過扭矩信號耦合器測量旋轉圓盤總力矩，隨后將圓盤拆除，采用相同方法測量空轉時的扭矩，將兩者作差得到光滑表面圓盤引起的摩擦力矩；

（2）在旋轉圓盤表面加工出所需的非光滑表面形狀，將加工后的非光滑表面圓盤安裝在旋轉軸上，啟動步進電機，保持在與步驟（1）相同轉速，采集此時的扭矩信號，將此時測得的扭矩和步驟（1）空轉時的扭矩作差，得到非光滑表面圓盤引起的摩擦力矩；

（3）將步驟（1）測得的旋轉圓盤引起的扭矩與步驟（2）測得的旋轉面圓盤引起的扭矩相減，再除以步驟（1）旋轉圓盤引起的扭矩，所得結果即為非光滑表面的減阻率。