[發明專利]研究水下障礙流場干擾效應的實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810009114.0
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN108267296A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 馬峰;王樹山;馬文茂;潘德凱;付希言
• 申請（專利權）人: 馬峰
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

本發明提供一種水下障礙流場干擾效應的實驗裝置，包括水井、運動體、傳感器、障礙物、示波器、繞線輪、緩沖墊、固定支架、刻度鋼絲繩、調頻電機、高速攝影機和支撐蓋。通過調節運動體在水中運動的速度，并放置不同的障礙物，最終獲取與運動體頭部壓力變化信息，運動體的速度以及運動體與障礙物的相對距離信息。通過對比在無障礙物與有障礙物工況下的壓力變化曲線，得到水下障礙不同特征參量對運動體頭部流場的干擾效應。

技術領域

本發明涉及一種研究水下障礙流場干擾效應的實驗裝置及方法，尤其涉及到非聲探測領域以及基于水下運動體周遭流場信息探測領域的一種障礙流場干擾效應的實驗裝置及方法，屬于水下流場探測技術領域。

背景技術

水下探測技術的發展是水中對抗、海洋環境監測與資源開發等領域發展的重要支撐。現有基于水聲探測原理的水下探測技術存在著固有的局限，很難滿足未來復雜水下對抗環境的探測需求。基于水流場信息的新原理非聲探測技術，可有效地彌補現有聲探測技術的局限，是水下探測技術發展的新方向。

目前的非聲探測主要有磁場探測、激光探測、尾跡特征探測、電場探測、溫度場探測等手段。美國、俄羅斯及一些西方發達國家在上世紀70年代就已開始重視并開展了這方面的多種探測手段研究與實驗，不斷取得進展與突破，隨著新技術的快速發展，非聲探測探測技術也快速發展。在基于水流場探測領域的相關研究中，研究者們主要側重于傳感器方面的研制，對基于復雜流場中目標信息與壓力場相關性的研究相對較少，也并未有一種有效的實驗方法來研究障礙物對運動體流場的干擾效應，從而嚴重限制了該新型原理的應用與發展。因此，探尋一種有效的實驗手段用以研究水下障礙流場干擾效應，不僅能夠填補國內研究的空白，更進一步的還能夠為后續有關基于水流場信息探測的研究工作起到數據支撐作用。為此我們發明了一種新的研究水下障礙流場干擾效應的實驗裝置及方法，解決了以上技術問題。

發明內容

本發明公開的研究水下障礙流場干擾效應的實驗裝置及方法，要解決的技術問題是可調節運動體在水中運動的速度，并可以相對于運動體的運動路線放置不同的障礙物，最終可獲取與運動體頭部壓力變化信息，運動體的速度以及運動體與障礙物的相對距離信息。通過對比在無障礙物與有障礙物工況下的壓力變化曲線，得到水下障礙不同特征參量對運動體頭部流場的干擾效應。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種水下障礙流場干擾效應的實驗裝置，包括水井、運動體、傳感器、障礙物、示波器、繞線輪、緩沖墊、固定支架、刻度鋼絲繩、調頻電機、高速攝影機和支撐蓋，所述的支撐蓋覆蓋水井井口，其中心開有與固定支架適配的孔，所述傳感器安裝在運動體頭部，所述障礙物安裝于運動體預定運動軌跡側前方，所述運動體頭部有兩根鋼絲繩牽引，鋼絲繩繞過滑輪后合成一根。所述運動體至于水井內部，其尾部有一根鋼絲繩牽引，鋼絲繩繞在有一定阻尼的繞線輪上，電機固定在支撐蓋上，電機與刻度鋼絲繩盡量重合。所述高速相機選擇合適的高度與參照物，對準所述刻度鋼絲繩，用于記錄每一時刻刻度鋼絲繩的運動狀態。所述緩沖墊置于運動體上方，固定于所述支撐蓋中心開孔處，并開有合適的穿過運動體和鋼絲繩的孔，所述示波器置于支撐蓋上，示波器連接所述傳感器。

優選的，為了較好的得到流場反饋數據，所述傳感器數量為三個，安裝位置沿運動體頭部中心線一側一次排開，與中心體軸線夾角為15度、30度、60 度，如圖2所示。

所述的用于支撐的支撐蓋正中開有可使支架放置的方形孔，所述可使支架放置的方形孔的尺寸為60cm*60cm。

所述的調頻電機優選轉速范圍為300～940r/min。緩沖層厚20cm，刻度鋼絲繩的刻度單位為10cm。

所述的示波器具有5G實時采樣頻率，優選四通道。

為保證觀測的實驗數據準確，高速攝影儀盡量與刻度鋼絲繩垂直。

基于上述的實驗裝置實現的本發明公開的一種研究水下障礙流場干擾效應的實驗方法，包括如下步驟，