[發明專利]一種水洞實驗用振蕩水翼驅動系統

有效

• 申請號: 201310505514.8
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103541328A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 王國玉;吳欽;黃彪;劉濤濤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明，涉及一種水洞實驗用振蕩水翼驅動系統，屬于水利水電工程、海洋船舶工程技術領域。

背景技術

在航空航天領域，為了避免動力失速、結構上顫振和共振，振蕩翼型的動態特性受到越來越多的重視。在水力機械研究中，旋轉產生的附加作用力以及動靜部件的擾動對湍流過程、邊界層的發展、流動結構的時空分布有著重要的影響，非轉動/轉動部件的流場相互干擾的物理機制一直是研究的重點和難點。在螺旋槳、渦輪泵、水輪機啟停機、飛逸、增減負荷等瞬態過程中，暫態過程瞬變流動會使升力面的有效攻角發生改變，其內部流動復雜多變，呈現出強烈的不穩定性。因此，了解物體在動態變化下非穩態水動力載荷和振動的變化，對了解水力機械瞬態過程非定常流動機理及動力特性，優化水力機械的設計，提高水力性能有著重要的意義。

翼型是水力機械結構的基本單元。目前，對繞水翼流動的研究工作大多是基于靜態物體下進行，對振蕩水翼的流場結構及動力特性的研究相對較少。現階段，國內外已初步形成的動態實驗研究大多是在風洞中進行，由于風洞與水洞實驗介質的不同，風洞中的動態實驗技術無法滿足水洞實驗對驅動系統、密封裝置等的使用要求，無法應用于水洞實驗。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的驅動系統無法滿足水洞實驗的要求，提供一種可用于水洞實驗的振蕩水翼驅動系統。可實現水翼定量精確振蕩旋轉運動，并可實現水翼的振蕩旋轉速度的改變。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

一種水洞實驗用振蕩水翼驅動系統，包括支架系統、動力裝置和傳動機構；

所述支架系統由托板和支桿組成；

所述動力裝置包括步進電機和減速器；

所述傳動機構包括內桿、套筒螺母、套筒、內桿軸承以及內桿薄片；

所述內桿為圓柱形直桿，其圓柱直徑沿軸向分三級成階梯變化，依直徑從小到大的順序依次定義為內桿第一級、內桿第二級和內桿第三級；內桿第三級中心開有一孔，孔的形狀與減速器輸出軸形狀一致，從而實現動力傳遞效果；

在實際操作中，將內桿第三級中心孔的形狀加工成與減速器輸出軸形狀難度較大，精確度也受到影響，因此先加工成圓柱形孔，然后在截面3/4圓處插入內桿薄片，并在孔壁開有兩槽將內桿薄片卡住；

所述內桿薄片表面有條形紋路，以增大孔與減速器7輸出軸的摩擦系數；所述內桿薄片采用鋼制材料制得；

所述套筒為中截面“凸”字形的圓環柱體；

所述套筒螺母在水洞實驗段內側與套筒伸出部分連接；

連接關系：電機與減速器固定連接；減速器固定在托板一側，減速器輸出軸穿過托板伸入內桿第三級中心孔；內桿伸入套筒中，內桿第一級從套筒小端伸出在外，與實驗對象連接；內桿第二級、內桿第三級在套筒內部，內桿第二級與套筒接觸的位置通過密封圈密封，內桿第三級通過內桿軸承與套筒內壁相連，內桿軸承在機械傳動過程中起固定和減小載荷摩擦系數的作用；套筒大端固定在托板另一側，小端穿過水洞實驗段后面板伸至水洞實驗段內部；支桿從托板固定套筒一側穿過托板并與之固定相連，同時支桿另一端固定在水洞實驗段后面板外側，實現整套驅動系統的支撐和固定；套筒螺母在水洞實驗段后面板內側與套筒小端連接；套筒肩部與水洞實驗段后面板外側通過密封圈密封。

工作過程：接通電源后，根據電機與減速機轉速比對實驗所需振蕩角度、振蕩頻率、振蕩時間、啟停機振蕩加速度等參數進行換算，基于換算后的參數通過控制器對電機工作狀態進行設置，確認無誤后啟動電機。此時，實驗流體機械模型將根據設置好的工況進行振蕩運動，待水洞實驗段內流動穩定后即可開始實驗觀測和數據測量等工作。

有益效果

1、本發明的一種水洞實驗用振蕩水翼驅動系統，實驗裝置結構簡單、緊湊，易于拆卸和移動，保證高效、快捷地完成實驗并獲取實驗數據；同時通過密封圈的合理應用和布置，能有效解決傳動裝置的密封問題，避免因驅動系統零部件觸水而導致系統失效以及水洞實驗段滲水而導致水洞實驗性能降低，因此滿足水洞實驗要求；

2、本發明的一種水洞實驗用振蕩水翼驅動系統，節省空間，造價低廉，節約能源，適于水洞實驗等小型實驗研究；

3、本發明的一種水洞實驗用振蕩水翼驅動系統，通過步進電機驅動流體機械結構振蕩運動，從而可以定量精確地控制水翼的轉速和振蕩角度；

4、本發明的一種水洞實驗用振蕩水翼驅動系統，可以靈活更換不同流體機械模型，該實驗裝置能夠為流體機械結構的設計提供理論依據，為深入研究動態流動特性和流固耦合機理提供可靠的分析實驗數據。

附圖說明