[發明專利]一種測量平板流動阻力的實驗裝置

在審

• 申請號: 201510054743.1
• 申請日: 2015-02-03
• 公開（公告）號: CN104634538A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發明（設計）人: 梅蕾;付新生;王大政
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及水動力學領域，具體而言涉及一種將力學信號轉變為電學信號輸出的實驗裝置。

背景技術

船舶或水下航行器航行時，會產生三種阻力：摩擦阻力、興波阻力和粘壓阻力，其中摩擦阻力是最大的。此外，在水、石油、液態化學物質等流體的運輸中,運輸管道的表面摩擦阻力在其總阻力中也占有很大比例。

為了降低上述摩擦阻力,現有技術中提供了多種技術方案。尤其是近年來出現的超疏水表面減阻技術推動了減阻技術的發展。現有技術中通常采用的一種技術方案包括采用具有荷葉微表面結構的疏水表面來有效地減小阻力。隨著復合接觸角理論為超疏水表面的減阻技術提供了理論基礎，超疏水表面減阻技術對于提高船舶快速性、降低生產能耗具有重要意義。為了研究超疏水表面的摩擦阻力特性需要設計相應的實驗對超疏水表面的摩擦阻力進行測試，隨著對超疏水表面涂層流動減阻實驗的大量研究，對實驗及其設備的要求也越來越高。

然而，現有技術中對于超疏水表面摩擦阻力的測試通常采用傳統的水洞裝置，由于水洞裝置結構復雜、占地面積大、成本高、實驗段流場難于模擬、試驗周期長，因而在使用過程中具有一定的局限性。并且，采用在水洞中懸掛平板的應變式天平測量法，可能使平板出現較大的俯仰擺動，造成一定實驗誤差。隨著PIV測速技術(微粒成像速度測量技術)的發展，使直接觀測涂層表面的速度成為可能，但在近壁面10％的范圍內由于速度偏振，測量值低于理論值。

因此設計一個結構簡單、成本低、容易拆卸、實驗段容易模擬、能夠直接測量摩擦阻力的實驗裝置具有重要的意義。

發明內容

本發明正是基于現有技術中的上述需求而提出的。本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、成本低、容易拆卸、實驗段容易模擬、能夠直接測量摩擦阻力的實驗裝置。

為了解決上述問題，本發明提供了如下的技術方案。

一種實驗裝置，用于測量平板在水流中的摩擦阻力，所述實驗裝置包括：導流殼、外板、滑動載體、支撐架和底座；所述導流殼，設置在所述實驗裝置的流體流動方向的上游端部以及下游端部，導流殼與支撐架連接；所述支撐架，用于承載所述實驗裝置的各個部件；所述支撐架形成為矩形框，所述導流殼分別設置在所述矩形框的外側，所述外板設置于所述矩形框的內側；所述外板，用于承載所述滑動載體；所述外板形成為矩形，與所述支撐架可拆卸地固定連接；所述外板包括前外板，所述前外板靠近所述支撐架的前面設置，所述前外板設置有矩形開口，所述前外板的開口上方設置有軸承凹槽，所述軸承凹槽從所述前外板的內側面向后延伸，所述軸承凹槽用于承載滑動載體的上軸允許所述上軸在所述軸承凹槽內沿左右方向滑動；所述外板的開口左右兩側設置限位柱，通過限位柱止擋所述滑動載體來限位所述滑動載體的運動范圍；所述開口的下方設置有連接件，所述連接件上設置有電阻應變片，所述電阻應變片與滑動載體上設置的頂針配合將滑動載體的運動轉化為電信號從而感測滑動載體的運動；所述滑動載體包括平板構件；所述平板構件的前表面上端固定設置有上軸承，所述上軸承上設置有上軸；所述平板構件的中部設置有中部開口，所述中部開口的外圍設置有第一組實驗板連接件，所述第一組實驗板連接件將用于測試的實驗板與所述滑動載體連接；所述平板構件的下部設置有下軸承單元，所述下軸承單元設置在所述平板構件的前表面上，所述下軸承單元通過軸連接件與所述平板構件的前表面相連；所述軸連接件垂直于所述平板構件的前表面設置，一端與所述平板構件的外表面固定，另一端連接下軸；所述下軸的一端與所述軸連接件相連另一端套設有軸承；所述平板構件的下端設置有頂針，所述頂針設置在所述平板構件的正下方，并與所述平板構件固定連接，所述頂針的運動作用于所述電阻應變片上，從而依據所述頂針的位移產生電信號；所述底座，設置在所述支撐架的下表面，包括固定裝置，通過所述固定裝置將所述實驗裝置在測試環境中安裝定位。

優選地，所述導流殼，該實驗裝置包括兩個分開對稱設置的兩個導流殼，每個導流殼的橫截面形成為展弦比為2的曲線線形，或者是所述導流殼的橫截面形成為折角型；采用4.9MM厚*174MM長的不銹鋼板通過輥彎機加工后再將兩塊彎曲的鋼板通過焊接連接而成。

優選地，所述下軸承單元8優選包括兩組分別相對于所述平板構件的中線對稱設置于所述平板構件的左右兩側。

優選地，所述外板還包括后外板，所述前外板與所述后外板相對設置，所述前外板與所述后外板之間通過鋼柱連接。