评估仿生射流表面减阻性能的试验装置及方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供评估仿生射流表面减阻性能的试验装置及方法，包括支架、密封水箱、水池、步进电机、扭矩信号耦合器、水泵、第一空心水轴、第二空心水轴，密封水箱和水池均安装在支架里，第一空心水轴安装在密封水箱上，第一空心水轴与扭矩信号耦合器相连，步进电机连接扭矩信号耦合器，步进电机驱动第一空心水轴旋转，第一空心水轴通过配水环与第二空心水轴相连通，第二空心水轴连通水泵，水泵与水池通过第一管路相连通，水池与密封水箱通过第二管路相连通，密封水箱和水池里均充有液体。本发明采用步进电机带动旋转圆盘测试模型旋转，利用扭矩信号耦合器测量旋转圆盘测试模型所受到的流体摩擦阻力，测试原理简单直观，测试结果可靠。
【专利说明】评估仿生射流表面减阻性能的试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种试验装置及方法，具体地说是测试流体对不同表面结构摩擦阻力的试验装置及方法。
【背景技术】
[0002]运输工具在水中行进时的主要能耗是用来克服行进阻力，因此进行阻力分析和减小阻力，对于节约能源、改善工作状况，提高工作效能具有重要意义。为了评估仿生射流表面的减阻特性，在旋转圆盘上应用仿生射流减阻技术，加工出仿生射流表面旋转圆盘测试模型，通过与光滑表面旋转圆盘测试模型进行对比来衡量仿生射流表面的减阻效果。
[0003]目前，评估仿生射流表面减阻效果的试验装置较少，且多集中在旋转射流测试方法，如专利号为:201110089369.0，名称为“评估仿生非光滑表面及仿生射流表面减阻效果的试验装置”和专利号为:201120070969.8，名称为“一种对摩擦阻力测试的试验装置”，通过筒体的旋转为主流场速度提供动力，流速不好控制。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供结构简单、操作容易、测试准确的评估仿生射流表面减阻性能的试验装置及方法。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]本发明评估仿生射流表面减阻性能的试验装置，其特征是:包括支架、密封水箱、水池、步进电机、扭矩信号耦合器、水泵、第一空心水轴、第二空心水轴,密封水箱和水池均安装在支架里，第一空心水轴通过滚动轴承安装在密封水箱上，第一空心水轴与扭矩信号耦合器通过弹性模片联轴器相连，步进电机连接扭矩信号耦合器，步进电机驱动第一空心水轴旋转，第一空心水轴通过配水环与第二空心水轴相连通，第二空心水轴连通水泵，水泵与水池通过第一管路相连通，水池与密封水箱通过第二管路相连通，密封水箱和水池里均充有液体，通过第一空心水轴空转和在第一空心水轴的端部安装光滑表面旋转圆盘测试模型、仿生射流表面旋转圆盘模型旋转从而测试仿生射流表面旋转圆盘模型的减阻性能。
[0007]本发明评估仿生射流表面减阻性能的试验装置还可以包括:
[0008]1、第一空心水轴上、配水环的上下两侧安装动密封装置，配水环为空心结构，第一空心水轴与配水环相连处为十字通孔结构，来自水泵的水通过第二空心水轴进入配水环，进而通过十字通孔结构进入第一空心水轴。
[0009]2、当第一空心水轴的端部安装仿生射流表面旋转圆盘模型时，仿生射流表面旋转圆盘模型上安装多孔射流器，仿生射流表面旋转圆盘模型即为在光滑表面旋转圆盘测试模型上设置射流孔，来自水泵的水首先进入多孔射流器，然后通过仿生射流表面旋转圆盘模型的射流孔喷出。
[0010]3、多孔射流器里安装栅格整流板。
[0011]4、第一管路上安装溢流阀，第二空心水轴上安装球阀和流量计。[0012]本发明评估仿生射流表面减阻性能的试验方法，其特征是:采用如下试验装置:包括支架、密封水箱、水池、步进电机、扭矩信号耦合器、水泵、第一空心水轴、第二空心水轴，密封水箱和水池均安装在支架里，第一空心水轴通过滚动轴承安装在密封水箱上，第一空心水轴与扭矩信号耦合器通过弹性模片联轴器相连，步进电机连接扭矩信号耦合器，步进电机驱动第一空心水轴旋转，第一空心水轴通过配水环与第二空心水轴相连通，第二空心水轴连通水泵，水泵与水池通过第一管路相连通，水池与密封水箱通过第二管路相连通，密封水箱和水池里均充有液体，第一空心水轴空转和在第一空心水轴的端部安装光滑表面旋转圆盘测试模型、仿生射流表面旋转圆盘模型旋转；当第一空心水轴的端部安装仿生射流表面旋转圆盘模型时，仿生射流表面旋转圆盘模型上安装多孔射流器，仿生射流表面旋转圆盘模型即为在光滑表面旋转圆盘测试模型上设置射流孔，来自水泵的水首先进入多孔射流器，然后通过仿生射流表面旋转圆盘模型的射流孔喷出；
[0013](I)在第一空心水轴端部安装光滑表面旋转圆盘测试模型，步进电机开始工作，带动光滑表面旋转圆盘测试模型旋转，测量光滑表面旋转圆盘测试模型受到的总力矩，随后将光滑表面旋转圆盘测试模型拆除，测量空转时的扭矩，两者之差就是光滑表面旋转圆盘测试模型引起的摩擦力矩Ms;
[0014](2)将光滑表面旋转圆盘测试模型替换为仿生射流表面旋转圆盘模型，启动泵，通过调节球阀、溢流阀来调节泵的出口压力和流量计的流量，进而控制射流孔的射流速度，启动步进电机，保持在与步骤(1)步进电机转速相等采集此时的扭矩信号，此时测得的扭矩和步骤(1)空转时的扭矩之差就是该射流速度时仿生射流表面旋转圆盘模型引起的摩擦力矩Mj;
[0015](3)用减阻率DR来评价仿生射流表面旋转圆盘模型的减阻效果:
【权利要求】
1.评估仿生射流表面减阻性能的试验装置，其特征是:包括支架、密封水箱、水池、步进电机、扭矩信号稱合器、水泵、第一空心水轴、第二空心水轴，密封水箱和水池均安装在支架里，第一空心水轴通过滚动轴承安装在密封水箱上，第一空心水轴与扭矩信号耦合器通过弹性模片联轴器相连，步进电机连接扭矩信号耦合器，步进电机驱动第一空心水轴旋转，第一空心水轴通过配水环与第二空心水轴相连通，第二空心水轴连通水泵，水泵与水池通过第一管路相连通，水池与密封水箱通过第二管路相连通，密封水箱和水池里均充有液体，通过第一空心水轴空转和在第一空心水轴的端部安装光滑表面旋转圆盘测试模型、仿生射流表面旋转圆盘模型旋转从而测试仿生射流表面旋转圆盘模型的减阻性能。
2.根据权利要求1所述的评估仿生射流表面减阻性能的试验装置，其特征是:第一空心水轴上、配水环的上下两侧安装动密封装置，配水环为空心结构，第一空心水轴与配水环相连处为十字通孔结构，来自水泵的水通过第二空心水轴进入配水环，进而通过十字通孔结构进入第一空心水轴。
3.根据权利要求1或2所述的评估仿生射流表面减阻性能的试验装置，其特征是:当第一空心水轴的端部安装仿生射流表面旋转圆盘模型时，仿生射流表面旋转圆盘模型上安装多孔射流器，仿生射流表面旋转圆盘模型即为在光滑表面旋转圆盘测试模型上设置射流孔，来自水泵的水首先进入多孔射流器，然后通过仿生射流表面旋转圆盘模型的射流孔喷出。
4.根据权利要求3所述的评估仿生射流表面减阻性能的试验装置，其特征是:多孔射流器里安装栅格整流板。
5.根据权利要求1或2所述的评估仿生射流表面减阻性能的试验装置，其特征是:第一管路上安装溢流阀，第二空心水轴上安装球阀和流量计。
6.根据权利要求3所述的评估仿生射流表面减阻性能的试验装置，其特征是:第一管路上安装溢流阀，第二空心水轴上安装球阀和流量计。
7.根据权利要求4所述的评估仿生`射流表面减阻性能的试验装置，其特征是:第一管路上安装溢流阀，第二空心水轴上安装球阀和流量计。
8.评估仿生射流表面减阻性能的试验方法，其特征是:采用如下试验装置:包括支架、密封水箱、水池、步进电机、扭矩信号稱合器、水泵、第一空心水轴、第二空心水轴，密封水箱和水池均安装在支架里，第一空心水轴通过滚动轴承安装在密封水箱上，第一空心水轴与扭矩信号耦合器通过弹性模片联轴器相连，步进电机连接扭矩信号耦合器，步进电机驱动第一空心水轴旋转，第一空心水轴通过配水环与第二空心水轴相连通，第二空心水轴连通水泵，水泵与水池通过第一管路相连通，水池与密封水箱通过第二管路相连通，密封水箱和水池里均充有液体，第一空心水轴空转和在第一空心水轴的端部安装光滑表面旋转圆盘测试模型、仿生射流表面旋转圆盘模型旋转；当第一空心水轴的端部安装仿生射流表面旋转圆盘模型时，仿生射流表面旋转圆盘模型上安装多孔射流器，仿生射流表面旋转圆盘模型即为在光滑表面旋转圆盘测试模型上设置射流孔，来自水泵的水首先进入多孔射流器，然后通过仿生射流表面旋转圆盘模型的射流孔喷出； (I)在第一空心水轴端部安装光滑表面旋转圆盘测试模型，步进电机开始工作，带动光滑表面旋转圆盘测试模型旋转，测量光滑表面旋转圆盘测试模型受到的总力矩，随后将光滑表面旋转圆盘测试模型拆除，测量空转时的扭矩，两者之差就是光滑表面旋转圆盘测试模型引起的摩擦力矩Ms ; (2)将光滑表面旋转圆盘测试模型替换为仿生射流表面旋转圆盘模型，启动泵，通过调节球阀、溢流阀来调节泵的出口压力和流量计的流量，进而控制射流孔的射流速度，启动步进电机，保持在与步骤(1)步进电机转速相等采集此时的扭矩信号，此时测得的扭矩和步骤(O空转时的扭矩之差就是该射流速度时仿生射流表面旋转圆盘模型引起的摩擦力矩Mj ； (3)用减阻率DR来评价仿生射流表面旋转圆盘模型的减阻效果:
【文档编号】G01M10/00GK103776613SQ201410013055
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】赵刚, 李芳 , 刘维新, 孙壮志, 王晶晶, 毕红石 申请人:哈尔滨工程大学