[發明專利]基于通氣控制的空化觀察與空蝕測量實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 202111153119.9
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113970422B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 熊騁望;王詩平;劉云龍;林鍵;李威遠
• 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: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 李恩慶

一種基于通氣控制的空化觀察與空蝕測量實驗裝置及實驗方法，屬于空化實驗技術領域。本發明解決了現有航行體通氣裝置氣流多在航行體外通入、無法確定航行器發生空化的作用點以及空蝕測量技術存在的與實際空化發生方式存在差異的問題。實驗試件的下表面為實驗面，其上布置有壓電薄膜及若干微型水壓傳感器，且所述壓電薄膜表面涂覆有壓力敏感涂料；所述通氣控制系統、所述高速攝像機、所述壓電薄膜及所述微型水壓傳感器分別與所述數據收集系統連接，實驗過程中，通過光源持續照射實驗試件，通過高速攝像機實時記錄實驗試件表面壓力敏感涂料的變化情況，通過計算機控制通氣控制系統向試驗段內通氣的工作參數，通氣控制系統將結果導入數據收集系統。

技術領域

本發明涉及基于通氣控制的空化觀察與空蝕測量實驗裝置及實驗方法，屬于空化實驗技術領域。

背景技術

恒溫條件下，當高速流動的液體行經固體表面時，會由于復雜的相互作用形成一片低壓區域，當高速流動液體內的某些位置壓力與飽和蒸汽壓力相比較低時，會在液體中出現一片空化區域。完整的空化過程包括初生、發展與潰滅階段，空泡在潰滅時會向剛性壁面發出一道沖擊波，大量的空泡一同潰滅，在群泡潰滅過程中先潰滅的空泡對后潰滅的空泡產生輻射壓力增大后潰滅空泡潰滅時產生微射流對壁面的沖擊力，隨著潰滅的積累，表面的材料結構受到破壞，這種空化潰滅對材料的破壞即為空蝕。

空化是自然界中普遍存在的一種現象，廣泛存在于潛射導彈、螺旋槳等在水中或近水面的高速運動物體表面，對航行體的流體動力學特性和穩定性具有重要影響，其中在船舶與海洋工程領域常采用通氣的方式形成一層相對穩態的空泡包裹物體表面大幅降低壁面所受的摩擦阻力大小，從而提高航行體航速。但如何控制通氣速率以充分利用空化作用形成特定尺度、形態可控且相對穩定的空泡界面達到減阻效果的最大化；以及如何降低由于空蝕造成的航行體表面侵蝕，仍需要大量的研究。

傳統的空化實驗裝置多為通過降低壓力和提高流速來促進空化的發生來觀察空化現象，多用于現象觀察與理論研究，有功能較為單一、與實際應用結合較小等缺點；

傳統的空蝕測量裝置則多通過超聲振頭來加速結構表面附近空泡的形成與潰滅以在較短實驗時間內得到材料的抗空蝕性能，有影響因素較多、與實際應用相關性較薄弱等缺點且耗時較長、計算量較大。

針對現有空化與空蝕實驗技術的不足與空化與空蝕測量相結合實驗方面的欠缺，亟需一種將控制空化穩定發生與空蝕測量結合，且緊跟現今空化應用發展的新型實驗裝置。

發明內容

本發明是為了解決現有航行體通氣裝置氣流多在航行體外通入、無法確定航行器發生空化的作用點以及空蝕測量技術存在的與實際空化發生方式存在差異的問題，進而提供了一種基于通氣控制的空化觀察與空蝕測量實驗裝置及實驗方法。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種基于通氣控制的空化觀察與空蝕測量實驗裝置，它包括循環水槽系統、試驗段、安裝在試驗段內的實驗試件、通氣控制系統、數據收集系統、計算機、光源及高速攝像機，其中所述試驗段連通安裝在循環水槽系統的收縮段與擴散段之間，且所述試驗段為透明腔體結構，所述實驗試件上開設有若干通氣孔，所述通氣控制系統與若干通氣孔之間通過若干通氣管連通，通過通氣控制系統向試驗段內通氣，實驗試件的下表面為實驗面，其上布置有壓電薄膜及若干微型水壓傳感器，且所述壓電薄膜表面涂覆有壓力敏感涂料；

所述通氣控制系統、所述高速攝像機、所述壓電薄膜及所述微型水壓傳感器分別與所述數據收集系統連接，實驗過程中，通過光源持續照射實驗試件，通過高速攝像機實時記錄實驗試件表面壓力敏感涂料的變化情況，通過計算機控制通氣控制系統向試驗段內通氣的工作參數，通氣控制系統將結果導入數據收集系統。

進一步地，所述壓電薄膜布置在若干微型水壓傳感器之間的間隙位置。

進一步地，每個通氣管上均安裝有電磁閥門，通過通氣控制系統控制電磁閥門的開與關。