[發明專利]一種優化潛艇繞流流場的模擬實驗平臺及方法

在審

• 申請號: 201810996143.0
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109374253A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 劉宗凱;張菲;黃亞冬;張雨恒;劉禹銘
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發明公開了一種優化潛艇繞流流場的模擬實驗平臺及方法。該測試實驗平臺主要是由水槽、潛艇模型、電磁激活板、CCD、龍門支架、應力桿、步進電機、反射鏡以及采集卡和工控機箱組成，步進電機用于控制潛艇模型的偏航攻角；CCD用于實時監控流場的演變特征；調整光學平臺上的激光軸使得反射光經過聯軸器上面的反射鏡反射到二象限PSD位置傳感器上，經由模擬采集板卡將光斑位置信息轉化成模擬量信號并傳輸給電腦。該方法通過改變電磁場激活板的電壓改變Lorentz力的大小，通過應力桿采集潛艇受流場的擾動信息，通過光學平臺采集的激光光斑位置變化體現潛艇服役時的穩定性。本發明能夠用于流場環境下的水洞測試，具有靈敏度高、操作簡單、方便靈活的特點。

技術領域

本發明涉及潛艇繞流流場優化技術，具體涉及一種優化潛艇繞流流場的模擬實驗平臺及方法。

背景技術

潛艇水下航行時，由于流體粘性的存在導致流動分離、壁面邊界層轉捩等問題，使得潛艇阻力增大，產生了大量的渦并伴隨有渦的不規則脫落。利用電磁力將電磁激活板包覆于鈍體表面，可在鈍體表面附近的流體邊界層內形成壁面法向呈指數衰減的電磁體積力，如果形成的電磁力方向平行于流體運動方向，可使流體加速，從而抑制邊界層分離、消除渦街，達到減阻的目的。現有研究沒有明確潛艇繞流流場的受力與電磁力的關系，不便于設置精確的電磁力，以減少潛艇阻力，抑制受力波動。

發明內容

本發明的目的在于提供一種優化潛艇繞流流場的模擬實驗平臺及方法，能夠模擬不同電磁力作用下潛艇模型的流體動力學特性。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種優化潛艇繞流流場的模擬實驗平臺，包括水槽、潛艇模型、電機龍門支架、CCD龍門支架、工業CCD、應力桿、六邊形螺管、顯示屏、處理器、光學平臺和步進電機，所述水槽內部設置潛艇模型，所述潛艇模型包括艇身、圍殼及光電桅桿，所述艇身、圍殼、光電桅桿外部均包覆電磁激活板，艇身表面的電磁激活板沿艇身軸向排布，圍殼和光電桅桿表面的電磁激活板纏繞回轉體表面排布；所述水槽外部設置電機龍門支架和CCD龍門支架，電機龍門支架頂部設置步進電機，所述步進電機通過應力桿和六邊形螺管連接光電桅桿，六邊形螺管的每個面上設置一個反射鏡，所述CCD龍門支架頂部和一側豎桿上分別設置一個工業CCD，所述工業CCD與顯示屏連接；所述光學平臺包括穩定基座，以及設置在穩定基座上的激光發射源、快速反射鏡、分光鏡、PSD，所述激光發射源發射光源，通過快速反射鏡、分光鏡后照射到六邊形螺管側面的反射鏡上，經反射鏡反射后，通過分光鏡射入PSD；所述PSD和快速反射鏡連接處理器。

一種優化潛艇繞流流場的模擬實驗平臺的實驗方法，包括如下步驟：

步驟1、啟動處理器和顯示屏，讓激光發射源發射光源，調整快速反射鏡使得激光能夠照射到粘貼在六邊形螺管側面的反射鏡上；

步驟2、讓水流流進水槽，此時即為潛艇的服役狀態，通過工業CCD觀察流場，待流場穩定后優化潛艇繞流流場；

步驟3、改變潛艇模型電磁場激活板的電壓，通過應力桿測量潛艇模型的受力數據，通過PSD檢測反射光斑的位置變化情況；

步驟4、重復步驟3，直至測量的潛艇模型受力數據和反射光斑的位置變化滿足預設要求，即得使潛艇模型快速穩定航行的電磁場激活板電壓。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：1)本發明通過改變電磁場激活板的電壓改變Lorentz力的大小，通過應力桿采集潛艇受流場的擾動信息，通過光學平臺采集的激光光斑位置變化體現潛艇服役時的穩定性，可以優化潛艇繞流流場，減小潛艇航行的阻力和波動；2)本發明可分別或同時對艇身、圍殼和光電桅桿位置施加電磁力，增加了加力位置的靈活性；3)本發明可通過步進電機自由控制潛艇的攻角，模擬不同攻角下的潛艇繞流流場優化情況。

附圖說明

圖1是本發明的優化潛艇繞流流場的模擬實驗平臺的結構示意圖。

圖2是本發明的潛艇模型示意圖。