[發明專利]評估仿生射流表面減阻性能的試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201410013055.6
• 申請日: 2014-01-13
• 公開（公告）號: CN103776613A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 趙剛;李芳;劉維新;孫壯志;王晶晶;畢紅石
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 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試驗裝置及方法，具體地說是測試流體對不同表面結構摩擦阻力的試驗裝置及方法。

背景技術

運輸工具在水中行進時的主要能耗是用來克服行進阻力，因此進行阻力分析和減小阻力，對于節約能源、改善工作狀況，提高工作效能具有重要意義。為了評估仿生射流表面的減阻特性，在旋轉圓盤上應用仿生射流減阻技術，加工出仿生射流表面旋轉圓盤測試模型，通過與光滑表面旋轉圓盤測試模型進行對比來衡量仿生射流表面的減阻效果。

目前，評估仿生射流表面減阻效果的試驗裝置較少，且多集中在旋轉射流測試方法，如專利號為：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”和專利號為：201120070969.8，名稱為“一種對摩擦阻力測試的試驗裝置”，通過筒體的旋轉為主流場速度提供動力，流速不好控制。

發明內容

本發明的目的在于提供結構簡單、操作容易、測試準確的評估仿生射流表面減阻性能的試驗裝置及方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明評估仿生射流表面減阻性能的試驗裝置，其特征是：包括支架、密封水箱、水池、步進電機、扭矩信號耦合器、水泵、第一空心水軸、第二空心水軸，密封水箱和水池均安裝在支架里，第一空心水軸通過滾動軸承安裝在密封水箱上，第一空心水軸與扭矩信號耦合器通過彈性模片聯軸器相連，步進電機連接扭矩信號耦合器，步進電機驅動第一空心水軸旋轉，第一空心水軸通過配水環與第二空心水軸相連通，第二空心水軸連通水泵，水泵與水池通過第一管路相連通，水池與密封水箱通過第二管路相連通，密封水箱和水池里均充有液體，通過第一空心水軸空轉和在第一空心水軸的端部安裝光滑表面旋轉圓盤測試模型、仿生射流表面旋轉圓盤模型旋轉從而測試仿生射流表面旋轉圓盤模型的減阻性能。

本發明評估仿生射流表面減阻性能的試驗裝置還可以包括：

1、第一空心水軸上、配水環的上下兩側安裝動密封裝置，配水環為空心結構，第一空心水軸與配水環相連處為十字通孔結構，來自水泵的水通過第二空心水軸進入配水環，進而通過十字通孔結構進入第一空心水軸。

2、當第一空心水軸的端部安裝仿生射流表面旋轉圓盤模型時，仿生射流表面旋轉圓盤模型上安裝多孔射流器，仿生射流表面旋轉圓盤模型即為在光滑表面旋轉圓盤測試模型上設置射流孔，來自水泵的水首先進入多孔射流器，然后通過仿生射流表面旋轉圓盤模型的射流孔噴出。

3、多孔射流器里安裝柵格整流板。

4、第一管路上安裝溢流閥，第二空心水軸上安裝球閥和流量計。

本發明評估仿生射流表面減阻性能的試驗方法，其特征是：采用如下試驗裝置：包括支架、密封水箱、水池、步進電機、扭矩信號耦合器、水泵、第一空心水軸、第二空心水軸，密封水箱和水池均安裝在支架里，第一空心水軸通過滾動軸承安裝在密封水箱上，第一空心水軸與扭矩信號耦合器通過彈性模片聯軸器相連，步進電機連接扭矩信號耦合器，步進電機驅動第一空心水軸旋轉，第一空心水軸通過配水環與第二空心水軸相連通，第二空心水軸連通水泵，水泵與水池通過第一管路相連通，水池與密封水箱通過第二管路相連通，密封水箱和水池里均充有液體，第一空心水軸空轉和在第一空心水軸的端部安裝光滑表面旋轉圓盤測試模型、仿生射流表面旋轉圓盤模型旋轉；當第一空心水軸的端部安裝仿生射流表面旋轉圓盤模型時，仿生射流表面旋轉圓盤模型上安裝多孔射流器，仿生射流表面旋轉圓盤模型即為在光滑表面旋轉圓盤測試模型上設置射流孔，來自水泵的水首先進入多孔射流器，然后通過仿生射流表面旋轉圓盤模型的射流孔噴出；

（1）在第一空心水軸端部安裝光滑表面旋轉圓盤測試模型，步進電機開始工作，帶動光滑表面旋轉圓盤測試模型旋轉，測量光滑表面旋轉圓盤測試模型受到的總力矩，隨后將光滑表面旋轉圓盤測試模型拆除，測量空轉時的扭矩，兩者之差就是光滑表面旋轉圓盤測試模型引起的摩擦力矩M_s；

（2）將光滑表面旋轉圓盤測試模型替換為仿生射流表面旋轉圓盤模型，啟動泵，通過調節球閥、溢流閥來調節泵的出口壓力和流量計的流量，進而控制射流孔的射流速度，啟動步進電機，保持在與步驟（1）步進電機轉速相等采集此時的扭矩信號，此時測得的扭矩和步驟（1）空轉時的扭矩之差就是該射流速度時仿生射流表面旋轉圓盤模型引起的摩擦力矩M_j；

（3）用減阻率DR來評價仿生射流表面旋轉圓盤模型的減阻效果：