一种小尺度水下航行体高速出水试验测量装置的制作方法

本发明涉及一种试验测量装置，尤其涉及一种小尺度水下航行体高速出水试验测量装置，属于船舶与海洋工程技术领域。

背景技术：

水下航行体高速运动过程中会产生空化现象，空化发生时伴随有大量空泡产生。空泡流动具有不稳定性和随机性，空泡溃灭时产生的射流作用在航行体上，使得航行体所受力和力矩随机改变，最终导致航行体运动轨迹发生变化，影响航行体发射或运动精度，因此开展水下航行体高速出水过程中的空泡相关问题研究十分必要。

水下航行体高速出水过程中的空泡研究包含复杂的多相流、流固耦合等问题，流气固三项之间互相耦合作用，目前在理论研究以及数值研究方面还没有能够有效解决这些问题，这就需要通过实验手段探究这些复杂问题的内在机理。真实水下发射实验受诸多条件限制，且实验费用十分惊人，无法进行大规模的重复类比实验，因此实验室缩尺模型实验就成了研究水下航行体发射的首选手段。模型试验主要存在以下难点，模型尺寸较小，内部测量装置难以安装；模型试验测量参数较多，且无相对成熟试验规程，测量系统装置设计难度大；航行体试验过程中需注意防水，同时测量线路不能影响航行体水下发射过程，进一步增加了水下测量系统的设计难度；不同的工况下，模型表面形成的空泡位置不同，需根据具体工况调整测量装置位置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种结构紧凑、装配简便、适应范围广的小尺度水下航行体高速出水试验测量装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种小尺度水下航行体高速出水试验测量装置，包括航行体首部、航行体中部、航行体底部和发射底座；所述航行体中部上端与航行体首部连接，下端与航行体底部连接，所述航行体底部与发射底座连接；所述航行体中部上设置有测压孔；还包括与测压孔相配合的测压孔阳极堵头、冲击压力头阳极安装结构和脉冲压力阳极安装结构。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述航行体中部与航行体首部通过四螺纹结构连接，所述航行体中部上端设置有四螺纹凸头，航行体首部下端设置有四螺纹，所述四螺纹凸头与四螺纹相配合；

2.所述航行体中部包括航行体左半部和航行体右半部；

3.所述航行体左半部与航行体右半部通过阴阳连接件连接，所述阴阳连接件包括阳极连接件和阴极连接件，所述阳极连接件为丁字形，包括与航行体连接的端部和限位块，所述阴极连接件包括入口、限位体、和内部滑道，所述入口和内部滑道与限位块相配合；

4.还包括测压孔阴极固定件，所述测压孔阴极固定件固定在航行体中部的内表面上且与测压孔相对应；

5.所述测压孔阳极堵头、冲击压力头阳极安装结构和脉冲压力阳极安装结构通过测压孔与测压孔阴极固定件相配合；

6.所述航行体首部为多边椎体、圆柱体或半球体；

7.所述冲击压力头阳极安装结构设置有压力头安装螺纹孔，所述脉冲压力阳极安装结构为弯管式，脉冲压力阳极安装结构首部设置压力头安装螺纹孔，所述航行体底部与发射底座设置有连接通孔，所述发射底座设置有水密插头安装孔；

8.所述测压孔阳极堵头、冲击压力头阳极安装结构和脉冲压力阳极安装结构的装配曲面与航行体中部一致；

9.所述航行体中设置有o型圈。

一种小尺度水下航行体高速出水试验测量装置，包括航行体首部、航行体左右半部、航行体底部、发射基座；其特征是，还包括航行体左右半部阴阳连接件、测压孔阴极固定件、测压孔阳极堵头、冲击压力头阳极安装结构、脉冲压力阳极安装结构；所述航行体左右半部通过阴阳连接件，配合水密o型圈进行紧密安装；所述航行体首部与航行体中部通过四螺纹结构连接；所述冲击压力与脉冲压力安装通过阴阳固定件进行连接；所述各参数测量仪器线路通过水密拔插件安装孔进行引出；所述航行体首部下端设置四螺纹结构，减少旋转圈数，避免应力应变线路绞断，配合底部水密o型圈与航行体中部紧密连接；所述航行体中部通过阴阳连接进行连接，左右半部接触面处布置水密o型圈；所述航行体左右半部阴阳连接件，设置限位块，及限位滑道，有效限制航行体左右半部垂向相对位移；所述航行体中部壁面设置测压孔，测压孔为方形孔，方形孔内设置阶梯，阶梯周边设置o型圈安装凹槽；所述航行体冲击压力测试头布置在航行体左半部右上至下4个测压孔；所述航行体脉冲压力测试头，按照试验工况要求，布置在航行体右半部右上至下4个测压孔中的1个，其他3个测压孔用压力孔阳极堵头进行封堵；所述航行体压力测试头安装在阳极安装结构内，阳极安装结构与压力测量装置阴极固定件通过平头螺丝进行连接；所述航行体底部发射基座布置4个半螺纹半直通式连接孔，螺纹段连接压敏式压力头，直通段与发射器连接；所述航行体底部发射基座3中心布置水密拔插件安装孔33，航行体内所有测量仪器线路均通过水密拔插件引出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明解决结构可简易变换、多参数测量等问题，结合高速摄影技术，来探索小尺度水下航行体高速出水问题，旨在深入研究其演化机理，为推动水下发射发展提供有价值的参考依据。

本发明采用四螺纹结构有利于简化连接方式，减少旋转圈数，避免首部内布置应变片时线路在旋转过程中绞断，配合首部低端o型圈，同时保证连接紧密；航行体内测试仪器线路均通过底部水密拔插头引出，便于安装同时保证航行体水密性；水密o型圈用于航行体首部与航行体中部、航行体中部左右半部、航行体测压紧固件、航行体中部和航行体底部之间的连接，保证航行体整体水密；航行体左右半部阴阳连接件，设置限位块，及限位滑道，有效限制航行体左右半部垂向相对位移。

本发明航行体分为左右半部，两者通过阴阳极连接件装配，部分实验工况下，航行体内部需要贴附应变片，用于测量航行体水下航行过程中，航行体产生的应变和应力，航行体模型较小，航行体分为左右半部便于贴附应变片。

附图说明

图1是航行体正视图；

图2是航行体首部；

图3是航行体左半部；

图4是航行体右半部；

图5是航行体左右半部阴极连接件；

图6a是航行体左右半部阳极连接件二等角侧视图；

图6b是阳极连接件中纵剖面图；

图7是压力测量装置阴极固定件；

图8是航行体壁面测压孔阳极堵头；

图9是冲击压力检测头阳极安装结构；

图10是脉动压力检测头阳极安装结构；

图11是航行体底部。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种水下航行体高速出水试验测量装置，包括航行体首部、航行体左右半部、航行体底部、测压模块阴阳装配结构、平头螺丝、水密o型圈，所述航行体首部，可按照试验需求，更换为多边椎体、圆柱体、半球体等，首部坡度亦可随之改变，探究水下航行体首部形状对航行体出水及发射性能的影响，首部下端设置四螺纹，四螺纹结构有利于简化连接方式，减少旋转圈数，避免首部内布置应变片时线路在旋转过程中绞断，配合首部低端o型圈，同时保证连接紧密；所述航行体左右半部通过阴阳极连接结构装配组成航行体中体，航行体中体上端设置四螺纹凸头，用于连接航行体首部，航行体中体下端布置螺纹孔，通过平头螺丝与航行体底部连接，航行体中部延纵向布置多组测压孔，探究不同试验工况下，不同位置处空泡形成及作用规律；所述航行体底部布置连接螺纹孔，用于与航行体中体连接，底部设置连接孔，用于安装压敏式测压头和连接底部发射装置，底部中央布置水密插头，用于引出航行体内部线路，同时保证结构水密型；所述测压模块阴阳装配结构，用于安装冲击压力头及脉冲压力头，探究空泡载荷对水下航行体的影响。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的水下航行体高速出水试验测量装置，其中所述航行体首部与航行体中部之间，通过四螺纹结构连接，配合水密o型圈保证两者连接水密。

前述的水下航行体高速出水试验测量装置，其中所述航行体中部分为左右2部，主要考虑部分实验工况下，航行体内部需要贴附应变片，用于测量航行体水下航行过程中，航行体产生的应变和应力，而航行体模型较小，不便于贴附应变片，故将航行体分为左右半部，两者通过阴阳极连接件装配。

前述的水下航行体高速出水试验测量装置，其中所述航行体左右半部通过阴阳连接件装配，阳极连接件为丁字型，阴极连接件设有限位块入口及底部滑道，两者装配简易。

前述的水下航行体高速出水试验测量装置，其中所述航行体中部与底部，通过平头螺丝连接，配合o型圈，保证装配水密。

前述的水下航行体高速出水试验测量装置，其中所述航行体中部测压孔为方向测压孔，测压孔贯穿航行体壁面，测压孔在航行体正反面均布置台阶，台阶周边设置o型圈安装凹槽。

前述的水下航行体高速出水试验测量装置，其中所述测压模块阴极结构前端为曲面结构，端部曲面设置o型圈安装凹槽，后端设置限位块滑道，滑道外部设置螺纹孔。

前述的水下航行体高速出水试验测量装置，其中所述阳极装配结构为前端曲面结构，后端限位块结构，限位块上设置螺纹孔。冲击压力头阳极安装结构内设置压力头安装螺纹孔；脉冲压力头阳极安装机构为l型曲面结构，上部设置脉冲压力头安装螺纹孔，下部设置限位块，限位块上设置限位安装螺纹孔。

前述的水下航行体高速出水试验测量装置，其中所述航行体底部设置与航行体中体连接螺纹孔，配合底部水密o型圈安装凹槽，实现底部与航行体中部安装。底部设置4个压力及发射限位孔，用于安装压敏式压力头及发射基座顶推装置。底部中心设置水密接插件安装孔，用于航行体内部测量线路引出。

如图1和图2所示，本发明主要包括航行体首部1、航行体中部2、航行体底部3，航行体主体模型直径在30mm～100mm之间。航行体首部1包括，底部o型圈装配凹槽11，用于安装o型圈，保证首部1与航行体中部2连接紧密。首部1底部设置装配螺纹12，其中螺纹12为四螺纹结构，四螺纹结构12有利于简化连接方式，减少旋转圈数，避免首部1内布置应变片时线路在旋转过程中绞断，同时保证连接紧密。

如图3和图4所示，航行体左半部21设置上端分段式四螺纹连接结构23，配合四螺纹结构12，用于连接首部1。部分实验工况下，航行体内部需要贴附应变片，用于测量航行体水下航行过程中，航行体产生的应变和应力，而航行体模型较小，不便于贴附应变片，故将航行体分为左半部21和右半部22，两者通过阳极连接件24和阴极连接件25装配。

航行体左右半部21/22对应纵向位置布置测压孔215/225，测压孔215/225为矩形结构，在航行体内外壁面设置凹陷台阶，且正反面台阶周边布置一圈o型圈安装凹槽，便于测压紧固件限位水密安装。

o型圈安装凹槽211和221组成完整o型圈安装凹槽，安装o型圈，配合完成航行体首部1与航行体中部2之间的紧密连接。o型圈安装凹槽212和222组成一组o型圈安装槽，保证了航行体左右半部21/22紧密安装。o型圈安装凹槽213和223组成底部完整o型圈安装凹槽，安装o型圈，配合完成航行体中部2与航行体底部3之间的紧密连接。底部连接螺纹孔214/224用于紧固连接航行体左右半部21/22与航行体底部3。

如图5和6所示，丁字形航行体左右半部21/22的阳极连接件24，包括与航行体连接的端部241、限位块242。航行体左右半部阴极连接件25，包括阳极限位块242入口252、限位体251、内部滑道253。阴极限位块242通过入口252进入阴极连接件，通过滑道253滑至滑道253最里面，完成航行体左右部21/22。

如图7所示，压力测量装置阴极固定件4，阴极紧固件4布置在航行体中部21/22内部，紧固件4与与航行体中部接触面曲率相同，且接触端面布置o型圈安装凹槽43，安装o型圈，用于紧密贴合固定件4和航行体21/22中部。限位滑道44，用于引导定位阳极连接件，

配合垂向限位螺纹孔41和横向限位螺纹孔42，采用平头螺丝完成阴极、阳极连接件与航行体中部的装配。

如图8所示，不同工况下，并非所有测压孔均需工作，故设计测压孔阳极堵头5，迫使部分测压孔停止工作。装配曲面54和航行体中部21/22曲率相同，装配接触面设置o型圈安装凹槽53，安装o型圈，用于紧密贴合堵头5和航行体21/22中部。限位块55与阴极连接件限位滑道44紧密贴合，并通过限位螺纹孔41/42/51/52，配合平头螺丝完成阳极堵头5、航行体中部21/22和阴极固定件4装配。

如图9所示，为测量空泡溃灭时对航行体壁面形成的冲击载荷，该冲击载荷垂直于壁面，故在壁面布置冲击压力检测头，为简化壁面结构，设计冲击压力检测头阳极安装结构6。结构内部设置压力头安装螺纹孔63，用于安装冲击压力头。冲击压力检测头阳极安装结构6和航行体中部21/22曲率相同，装配接触面设置o型圈安装凹槽64，安装o型圈，用于紧密贴合结构6和航行体21/22中部。限位块65与阴极连接件限位滑道44紧密贴合，并通过限位螺纹孔41/42/61/62，配合平头螺丝完成阳极安装结构6、航行体中部21/22和阴极固定件4装配。

如图10所示，试验过程中，空泡在航行体中前部形成气泡流，气泡流中气泡会不断造成脉冲压力，脉冲压力的作用方向是延壁面向下，故在壁面处设计弯管式脉动压力检测头阳极安装结构7，结构7首部设置压力头安装螺纹孔75，用于安装脉冲压力测试头。装配面73和航行体中部21/22曲率相同，装配接触面设置o型圈安装凹槽74，安装o型圈，用于紧密贴合结构7和航行体21/22中部。限位块76与阴极连接件限位滑道44紧密贴合，并通过限位螺纹孔41/42/71/72，配合平头螺丝完成阳极安装结构7、航行体中部21/22和阴极固定件4装配。

如图11所示，航行体模型试验过程中，通过发射装置顶推航行体，实现航行体可变高速运动。航行体底部3与发射装置直接接触，接触位置为底部4个连接孔32，连接孔32靠近航行体首部一半为螺纹孔，下一半为直壁式通孔，设计为半螺纹孔和半通孔结构形式的主要目的是，压敏式压力头通过螺纹孔限定住，发射装置凸起顶推装置直接撞入下半段连接通孔内，从而保证压敏式压力头正常工作。设置4个连接通孔的目的是，研究航行体运动过程中，受到海洋环境作用下，航行体横向受力不均，反映出4个压敏式压力传感器所测得的值也不同，从而研究流体环境对航行器运动的影响。连接螺纹孔31与航行体中体21/22下端的连接螺纹孔214/224配合装配航行体底部3和航行体中部21/22。o型圈安装凹槽34，配合航行体中体21/22下端o型圈安装凹槽213/223，紧密装配航行体底部和航行体中体。水密插头安装孔33内布置水密接插头，用于将航行体内部测量仪器的线路引导至外部计算机，及时记录数量，保证航行体水密及测量仪器安全。

本发明的工作过程如下：

按照试验要求，在航行体中体装配不同压力传感器可实现冲击压力、脉冲压力、航行体应力应变、空泡生成溃灭过程监测，试验过程具体表述如下：

(1)在冲击压力传感器安装至阳极安装结构6的螺纹孔63内，脉冲压力传感器安装至阳极安装结构7的螺纹孔75内，在航行体中部中上段贴附适量应变片，应变片延纵向贴附，应变片的线路引入水密接插件；

(2)在航行体中部测压孔215/225正方面的o型圈安装凹槽216/226内装入水密o型圈，将4个阳极安装结构6由外侧装入航行体左半部21的测压孔215内，卡入航行体内部阴极安装结构4的限位滑道44内，将平头螺丝旋入限位螺纹孔41/42/61/62内，将阳极结构6、航行体左半部21和阴极安装结构4紧密装配，压力仪器的线路引入水密接插件；

(3)将3个阳极堵头5由外侧装入航行体右半部22的4测压孔225中的最上端的3个内，卡入航行体内部阴极安装结构4的限位滑道44内，将平头螺丝旋入限位螺纹孔41/42/51/52内，将阳极结构5、航行体右半部22和阴极安装结构4紧密装配，使得上端的3个测压孔停止工作；

(4)将1个阳极安装结构7由外侧装入航行体右半部22的最下端的测压孔225中的，卡入航行体内部阴极安装结构4的限位滑道44内，将平头螺丝旋入限位螺纹孔41/42/71/72内，将阳极结构7、航行体右半部22和阴极安装结构4紧密装配，使得最下端测压孔225得以工作，压力仪器的线路引入水密接插件，也可按照试验工况及时调整阳极安装结构5和7的位置，由此测得不同位置处的脉冲压力；

(5)在航行体左半部21的o型圈安装凹槽内装配水密o型圈，在航行体右半部22的o型圈安装凹槽内涂抹少量704胶；将左右半部航行体通过阴阳连接件25/24进行装配，形成完整航行体中部，航行体中部顶端o型圈安装凹槽211和221组成一组完整o型圈安装凹槽，航行体中部底端o型圈安装凹槽213和223组成一组完整o型圈安装凹槽；

(6)在航行体中部顶端完整o型圈安装凹槽内安装水密o型圈，将首部1与航行体中部21/22通过四螺纹结构11和23进行旋入连接；

(7)在航行体底部安装孔32的上半部装入4个压敏式压力头，将测量线路引入水密接插件内；在o型圈安装凹槽34内装入水密o型圈，将水密接插件安装至通孔33内，并抹匀704胶，保证水密；

(8)将航行中部21/22与底座连接，将装配螺纹孔214/224/31对应，旋入平头螺丝，完成航行体装配；

(9)将装配好的航行体通过连接孔32与发射器进行连接，外部架设高速运动摄像机，实时监测航行体运动状态、空泡产生及溃灭运动过程；

(10)开启应力应变仪、冲击压力测试仪、脉冲压力测试仪、高速摄像机、待仪器平稳运行30分钟后，开启发射器，发射器顶推航行体进行水下垂向运动，各仪器稳定记录数据；

(11)根据实验工况，及时调整应力应变仪位置，脉冲压力仪位置，重复实验流程。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

综上所述：本发明公开了一种小尺度水下航行体高速出水试验测量装置，包括航行体首部、航行体中部左右半部、航行体底部，航行体左右半部通过阴阳连接件连接，构成航行体中部，航行体首部和航行体中部通过四螺纹结构连接，航行体底部和航行中部通过平头螺丝连接；航行体左右半部阴阳连接设有限位块和滑道，保证连接紧密；航行体内部贴附应变片；航行体左右侧壁各设有4个测压孔布置冲击压力头和脉冲压力头，压力头数量和位置均可按照工况要求，配合压力孔阳极堵头进行调整；航行体底部设有4个压敏式测压头，压敏头直接与发射器顶推件连接；航行体内测试仪器线路均通过底部水密拔插头引出，便于安装同时保证航行体水密性；水密o型圈用于航行体首部与航行体中部、航行体中部左右半部、航行体测压紧固件、航行体中部和航行体底部之间的连接，保证航行体整体水密。