专利名称：一种微型可视化风动力及水动力试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于游艇、轮船等受风动力和水动力同时作用时的微型可视化 试验台装置。
背景技术：
轮船、游艇等水上交通工具在运行过程中会同时受到水力和风力的作用，水力 和风力对设计对象的动力性、经济性、操纵稳定性等都有着极其重要的影响。然而建立 一个大规模的水力和风力试验平台耗资巨大，一般的学校和科研院所难以具备进行此试 验的条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型可视化风动力及水动力试验台，通过控制压缩气 体进入装置时的流速和流量形成风力场，通过控制离心泵的转速调节装置中水流的速度 形成水力场，对按照一定比例制作的试验模型进行风动力和水动力试验，克服了在自然 环境下试验时风力或水力难以同时满足要求的难题。本发明所采用的技术方案是一种微型可视化风动力及水动力试验台，主要包 括透明空间壳体、气体进口锥形过渡段、气体出口锥形过渡段、气体进口管道、气体出 口管道、一定比例试验模型、水平力传感器、竖直力传感器、进气调节阀、风速仪、储 气瓶、水进口锥形过渡段、水出口锥形过渡段、水进口管道、水出口管道、离心泵和水 槽，透明空间壳体分为了两部分，上部分通过气体进口锥形过渡段及气体出口锥形过渡 段分别与气体进口管道和气体出口管道相连，下部分通过水进口锥形过渡段和水出口锥 形过渡段分别与水进口管道和水出口管道相连，透明空间壳体内装有一定量的水，一定 比例试验模型浮于水面，一定比例试验模型上部与水平力传感器和竖直力传感器相连， 当风速和水流速度为零时，水平力传感器和竖直力传感器的示数为零，气体进口管道安 装有进气调节阀，气体进口锥形过渡段内安装有风速仪，气体进口管道与储存压缩空气 的储气瓶相连，水进口管道与离心泵相连，离心泵可从水槽中抽水注入透明空间壳体， 水出口管道将水重新导入水槽中形成一个循环回路。可通过调节所述离心泵转速改变所 述透明空间壳体中水的流速。本发明一种微型可视化风动力及水动力试验台，其透明空间壳体可以为圆柱 形、圆锥形或者立方体形。本发明一种微型可视化风动力及水动力试验台，其透明空间壳体的上部与下部 为转动连接，这种结构下，风速与水流速度可以呈一定的角度，可以模拟复杂情况下一 定比例模型的受力情况，并通过安装多种传感器来获取实验数据。本发明一种微型可视化风动力及水动力试验台，其透明空间壳体由玻璃或透明 塑料等材料制成。本发明一种微型可视化风动力及水动力试验台，其气体进口管道前装有温度调节箱，可调节进入气体的温度，以模拟不同温度条件下气流对一定比例试验模型的作用。本发明一种微型可视化风动力及水动力试验台，其一定比例模型为各种轮船、 游艇、皮筏等，模型更换方便。本发明的有益效果是本发明的装置，可以直观地显示一定比例模型在受到一 定风力场和水力场同时作用时的情况及其变化，将试验装置小型化，通过控制所通入压 缩空气的流速和流量来实现对风力场的控制，通过改变离心泵工作时的转速实现对水力 场的控制，从而使得风力场和水力场能够同时满足试验要求。该装置结构轻巧，易于操 作，并便于与CAE模拟实验进行对比分析。
图1是本发明一种微型可视化风动力及水动力试验台的结构示意图。图中，1.透明空间壳体，2.气体进口锥形过渡段，3.气体出口锥形过渡段，4.气 体进口管道，5.气体出口管道，6.水进口锥形过渡段，7.水出口锥形过渡段，8.水进口管 道，9.水出口管道，10.—定比例试验模型，11.水平力传感器，12.竖直力传感器，13.调 节阀，14.风速仪，15.储气瓶，16.离心泵，17.水槽，18.温度调节箱。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细说明。一种微型可视化风动力及水动力试验台，主要包括透明空间壳体1、气体进口锥 形过渡段2、气体出口锥形过渡段3、气体进口管道4、气体出口管道5、水进口锥形过渡 段6、水出口锥形过渡段7、水进口管道8、水出口管道9、一定比例试验模型10、水平力 传感器11、竖直力传感器12、调节阀13、风速仪14、储气瓶15、离心泵16、水槽17和 温度调节箱18，透明空间壳体1分为了两部分，上部分通过气体进口锥形过渡段2及气体 出口锥形过渡段3分别与气体进口管道4和气体出口管道5相连，下部分通过水进口锥形 过渡段6和水出口锥形过渡段7分别与水进口管道8和水出口管道9相连，透明空间壳体 1内装有一定量的水，一定比例试验模型10浮于水面，一定比例试验模型10上部与水平 力传感器11和竖直力传感器12相连，气体进口管道4安装有进气调节阀13，气体进口锥 形过渡段2内安装有风速仪14，气体进口管道4与储存压缩空气的储气瓶15相连，水进 口管道8与离心泵16相连，离心泵16可从水槽17中抽水进入透明空间壳体1，水出口管 道7将水重新导入水槽17中形成一个循环回路。所述透明空间壳体1可以为圆柱形、圆锥形或者立方体形，可由玻璃或透明塑 料等材料制成。所述气体进口管道4前装有温度调节箱18，可调节进入气体的温度，以模拟不 同温度条件下气流对一定比例试验模型10的作用。可通过调节离心泵16转速改变所述透明空间壳体1中水的流速。本发明的工作原理是确定一定比例试验模型10在试验过程中受到风力场和 水力场的大小，计算达到该水力场时离心泵16的转速，并计算达到该风力场时空气的流 速，将一定比例试验模型10置于透明空间壳体1的水面上，将气体进口管道4与压缩空气储气瓶15相连，打开进气调节阀13，使压缩空气进入透明空间壳体1内，改变进气调 节阀13的开度使风速仪14测得的空气流速与试验预期相符，开启离心泵16并调节其转 速至计算值，由于压缩空气在透明空间壳体1内流动形成风力场，水在透明空间壳体1中 流动会形成水力场，可通过透明空间壳体1观察一定比例试验模型10在同时受到风力场 和水力场作用时的变化，并且一定比例试验模型10在水平和竖直方向上的受力均会发生 变化，可以分别通过水平力传感器11和竖直力传感器12读出一定比例试验模型10所受 水平力和竖直力的变化情况。为对模型在一定温度气流作用下的情况进行研究，还可以 在气体进口管道4之前安装温度调节箱18，调节进入透明空间壳体1的气流温度，从而实 现对试验模型进行不同温度下的风力场试验。
权利要求
1.一种微型可视化风动力及水动力试验台，其特征在于，主要包括透明空间壳体、 气体进口锥形过渡段、气体出口锥形过渡段、气体进口管道、气体出口管道、一定比例 试验模型、水平力传感器、竖直力传感器、进气调节阀、风速仪、储气瓶、水进口锥形 过渡段、水出口锥形过渡段、水进口管道、水出口管道、离心泵和水槽，透明空间壳体 分为了两部分，上部分通过气体进口锥形过渡段及气体出口锥形过渡段分别与气体进口 管道和气体出口管道相连，下部分通过水进口锥形过渡段和水出口锥形过渡段分别与水 进口管道和水出口管道相连，透明空间壳体内装有水，一定比例试验模型浮于水面，一 定比例试验模型上部与水平力传感器和竖直力传感器相连，气体进口管道安装有进气调 节阀，气体进口锥形过渡段内安装有风速仪，气体进口管道与储存压缩空气的储气瓶相 连，水进口管道与离心泵相连，离心泵从水槽中抽水注入透明空间壳体，水出口管道将 水重新导入水槽中形成一个循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种微型可视化风动力及水动力试验台，其特征在于透 明空间壳体为圆柱形、圆锥形或者立方体形。
3.根据权利要求1所述的一种微型可视化风动力及水动力试验台，其特征在于透 明空间壳体由玻璃或透明塑料材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种微型可视化风动力及水动力试验台，其特征在于透 明空间壳体的上部与下部为转动连接。
5.根据权利要求1所述的一种微型可视化风动力及水动力试验台，其特征在于气 体进口管道前装有温度调节箱。
6.根据权利要求1所述的一种微型可视化风动力及水动力试验台，其特征在于一 定比例模型是各种轮船、游艇或皮筏。
全文摘要
本发明涉及一种微型可视化风动力及水动力试验台装置。该装置包括一个透明空间壳体，透明空间壳体分为两部分，上部通过气体进口锥形过渡段及气体出口锥形过渡段与气体进口管道和气体出口管道相连，下部通过水进口锥形过渡段和水出口锥形过渡段与水进口管道和水出口管道相连。透明空间壳体装有一定量水，试验模型浮于水面，上部与水平力传感器和竖直力传感器相连，气体进口管道装有进气调节阀，气体进口锥形过渡段装有风速仪，气体进口管道与储气瓶相连，水进口管道与离心泵相连，离心泵可从水槽抽水进透明空间壳体形成循环回路。本发明所涉及的装置，可直观显示试验模型受到风力场和水力场同时作用时的情况及变化，便于与CAE模拟实验对比分析。
文档编号G01M9/00GK102023081SQ201010512630
公开日2011年4月20日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年10月13日
发明者丁玉梅, 彭威, 杨卫民 申请人:北京化工大学