[發(fā)明專利]摩擦阻力測量裝置及測量方法

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• 申請日: 2019-10-17
• 公開（公告）號: CN110823499A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設計）人: 李躍強;高超;薛明;武斌;鄭海波
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/04
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種阻力測量裝置，平板主體安放在所述外殼的上端面，在該平板主體的幾何中心嵌裝有研究平板。導軌前端與外殼底板上的頂起螺栓對應。兩個伸縮機構分別通過連接件與導軌上的各滑塊鉸接。伸縮機構中各支桿的上端面與平板主體下表面固連。測力計水平固定連接在外殼內(nèi)前端殼體上。外殼與導軌活動連接，能夠調(diào)節(jié)導軌在豎直面內(nèi)與水平面的夾角θ；外殼與平板主體固定連接，并具有密封功能，使得測量中摩擦阻力模塊和測力模塊不受平板模型下表面來流的干擾。本發(fā)明消除了測量過程中靜摩擦力變化對摩擦阻力測量的干擾，提高了測量精度。

技術領域

本發(fā)明涉及空氣動力學摩擦阻力測量技術領域，具體是一種平板邊界層摩擦阻力的測量裝置及相應的測量方法。

背景技術

當今世界人們對環(huán)境保護和節(jié)約資源更加重視，對現(xiàn)代工程和技術的發(fā)展從能耗和污染物排放上提出更高的要求?？紤]到化石燃料價格的增長和溫室效應的加劇，即使粘性阻力一個少量的減少都會帶來巨大的經(jīng)濟效益。每年為了克服粘性阻力需要消耗數(shù)十億升的化石燃料，從節(jié)約能源的角度來看，任何少量的減阻都能節(jié)約大量的能源。因此，在流動控制領域減小粘性阻力是一個重要課題。

現(xiàn)有的摩擦阻力測量方法主要有以下幾種：一、測量邊界層速度型，擬合得到剪切壓力，測量裝置有熱線風速儀、LDV激光測速設備和PIV系統(tǒng)等，缺點是測量時間花費長，裝置和操作復雜，只適用于低速流動測量；二、測力天平直接測量浮動單元表面所受的摩擦阻力，雖然精度較高，但裝置和操作復雜，需要采用其他摩擦阻力測量手段對測力天平進行標定，例如通過方法一；三、油膜干涉法，根據(jù)油膜厚度與剪切應力的關系式，通過測量油膜厚度得到剪切應力，此方法操作復雜，同時油膜會改變測量模型的表面形狀，對流場產(chǎn)生干擾。因此綜上所述，現(xiàn)在缺少一種操作簡單、快捷和精度高的摩擦阻力測量方法。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術中存在的操作復雜、測量精度低的缺點，本發(fā)明提出了一種摩擦阻力測量裝置。

本發(fā)明包括平板主體、研究平板、四根支桿、兩個伸縮機構、滑塊、導軌、外殼和測力計，其中：

所述平板主體安放在所述外殼的上端面，在該平板主體的幾何中心開有用于嵌放所述研究平板的開口。在所述外殼的底板上安裝有頂起螺栓，并使該頂起螺栓的位置與導軌前端對應；在該外殼內(nèi)底板的上表面固定有連接桿支座，所述連接桿鉸接在連接桿支座上，并使該連接桿的位置與所述導軌后端對應。所述導軌的前端安放在所述頂起螺栓的頂端；所述導軌的后端固定在該連接桿的頂端；在該導軌上安裝有兩個滑塊。所述兩個伸縮機構分別通過連接件與各滑塊鉸接。各所述伸縮機構中的各支桿的上端面均與位于所述平板主體幾何中心的研究平板的下表面固連。測力計水平固定連接在外殼內(nèi)前端殼體上，所述測力計為高精度數(shù)字測力計。

所述研究平板的四個邊分別與該開口的四個邊之間分別有小于0.15mm的間隙。

在所述測力計與伸縮機構中的橫桿之間連接有銅線；該銅線處于水平狀態(tài)。

所述伸縮機構包括兩個支桿和兩個套板，其中，所述兩個支桿的下端分別嵌入套板內(nèi)，并通過緊定螺釘固緊。各套板的下表面與所述連接件固連。兩個支桿之間通過橫桿支撐。通過調(diào)節(jié)各支桿在套板內(nèi)的嵌入深度，以改變研究平板與平板主體的相對位置。

所述套板上有用于嵌裝支桿的盲孔。該盲孔的孔徑略大于該支桿的外徑。使二者之間間隙配合。在該套板的殼體上有徑向的緊定螺釘孔。

本發(fā)明提出的使用所述摩擦阻力測量裝置進行測量的具體過程是：

步驟1，安裝摩擦阻力測量裝置：將摩擦阻力測量裝置中的平板主體水平安裝在風洞試驗段中。

步驟2，調(diào)整導軌與水平面之間的夾角θ：

通過公式得到導軌與水平面的夾角θ：

tanθ＝μ

其中μ為導軌與滑塊之間的最大靜摩擦系數(shù)。