一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置和测量方法与流程

本发明属于试验测量技术领域，尤其涉及一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置和测量方法。

背景技术：

试验测量中表面小型凸起引起的流动变化，由于其受力作用的量级很小，相对于试验件的整体受力偏小，因此很难以测量。如果采用将局部的凸起分开测量，难以保证当地的流动不被破坏，测量数据被污染。

采用现有试验技术很难同时保证当地流动不被扰动，同时测量到凸起部位的受力。因此难以研究小型凸起的尺度、形状变化对流动影响。表面损伤的影响程度无法界定，损伤的特征尺度影响流场的规律难以识别。

如何不接触流动，不改变流动的表面边界条件，测量系统不受到传递过程的误差影响，取得小型凸起的可靠的受力数据，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置和测量方法，以较非接触的局部受力测量方式，取得局部小型凸起的受力过程。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置，包括：第一平板、第二平板、水平天平、垂直天平、托架、凸起结构和顶部开口的水密筒；

托架通过水平天平和固定在水密筒内；

凸起结构安装在托架上；

第一平板和第二平板对称安装在水密筒的顶部开口两端；其中，第一平板、托架和第二平板三者处于同一平面上，托架的两端分别与第一平板和第二平板靠近但不接触；

水密筒内填充有液体，水平天平位于所述液体的液面之下。

在上述表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置中，水平天平，包括：第一水平天平、第二水平天平、第三水平天平和第四水平天平；

托架的四个侧面通过第一水平天平、第二水平天平、第三水平天平和第四水平天平分别与水密筒的四个内壁侧面连接；

托架的底部通过垂直天平与水密筒的底部连接。

在上述表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置中，第一水平天平、第二水平天平、第三水平天平和第四水平天平处于同一水平面上；其中，第一水平天平和第三水平天平与液体的流动方向平行，第二水平天平和第四水平天平液体的流动方向垂直。

在上述表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置中，托架的两端与第一平板和第二平板之间的距离小于0.1m。

在上述表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置中，第一平板和第二平板，用于模拟航行器的表面。

在上述表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置中，凸起结构为凸起与凹陷的复合结构，用于模拟航行器表面的损伤。

在上述表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置中，第一平板的上表面区域为附面层产生区域，长度为凸起结构厚度的100～500倍。

在上述表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置中，垂直天平的垂直方向的最大位移不大于凸起结构的10％。

在上述表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置中，托架的外沿材料采用橡胶材质，防止水平天平移动时，托架与第一平板或第二平板产生碰撞损伤。

本发明还公开了一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量方法，包括：

将测量装置置于风洞中进行吹风；

凸起结构受到流动的气流的作用力推动托架移动、进而带动水平和垂直天平发生位移；

水平和垂直天平测量得到位移信号；

根据位移信号，确定凸起结构引起涡流后所受到的六个分量的作用力；

其中，测量装置包括：第一平板、第二平板、水平天平、垂直天平、托架、凸起结构和顶部开口的水密筒；

托架通过水平天平和固定在水密筒内；凸起结构安装在托架上；第一平板和第二平板对称安装在水密筒的顶部开口两端；其中，第一平板、托架和第二平板三者处于同一平面上，托架的两端分别与第一平板和第二平板靠近但不接触；水密筒内填充有液体，水平天平位于所述液体的液面之下。

本发明具有以下优点：

(1)本发明公开了一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量方案，可以剥离出凸起部位单独的受力，可以使用小量程高精度的天平测量得到凸起部位引起涡流后受到的作用力。

(2)本发明公开了一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量方案，通过托架下的密封水面，将表面的流动与平板下的环境隔离，避免外部环境影响凸起带来的漩涡流动。

(3)本发明公开了一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量方案，托架外沿采用了橡胶尖，托架与平板之间保持小间隙，避免流动受到间隙的扰动。

(4)本发明公开了一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量方案，可以通过水平天平与垂直天平同时测量到6自由度的受力。

(5)本发明公开了一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量方案，可以通过调整附面层产生区域的长度，生成不同厚度的边界层。

附图说明

图1是本发明实施例中一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种第一平板的结构示意图；

图3是本发明实施例中一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

实施例1

为试验测量物体表面小型凸起引起的流动变化，凸起受力的量级相对于试验件的整体受力偏小，因此很难以测量。需要将凸起局部隔离出来，用于单独测量受力。同时要避免流动受到外部环境的影响，需要做流动的密封。但是又要避免密封系统扰动天平的测量精度。本发明提供了一种表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置，可以将表面小型凸起通过托架隔离出来，单独测量局部受力，同时采用表面下的水密封，将外界流动与表面的流动隔离。

如图1，在本实施例中，该表面小型凸起引起涡流后受力的测量装置，其特征在于，包括：第一平板1、第二平板2、水平天平、垂直天平6、托架3、凸起结构4和顶部开口的水密筒5。具体安装/连接关系如下：托架3通过水平天平和6固定在水密筒5内；凸起结构4安装在托架3上；第一平板1和第二平板2对称安装在水密筒5的顶部开口两端；水密筒5内填充有液体，水平天平位于所述液体的液面之下。

优选的，第一平板1和第二平板2用于模拟航行器的表面。凸起结构4用于模拟航行器表面的损伤，因此凸起结构4可以是凸起与凹陷的复合形状。

优选的，如图2，为第一平板1的结构示意图，第一平板1具体用于模拟前缘部分表面，也即，第一平板1的上表面区域可作为附面层产生区域，其长度为凸起结构4厚度的100～500倍。

优选的，第一平板1、托架3和第二平板2三者处于同一平面上，托架3的两端分别与第一平板1和第二平板2靠近但不接触，也即：托架3的两端与第一平板1和第二平板2之间的距离小于0.1m。

优选的，托架3的外沿材料采用橡胶材质，防止水平天平移动时，托架3与第一平板1或第二平板2产生碰撞损伤。

实施例2

在本发明的一优选实施例中，如图3，水平天平具体可以包括：第一水平天平71、第二水平天平72、第三水平天平73和第四水平天平74。

托架3的四个侧面通过第一水平天平71、第二水平天平72、第三水平天平73和第四水平天平74分别与水密筒5的四个内壁侧面连接；托架3的底部通过垂直天平6与水密筒5的底部连接。

优选的，第一水平天平71、第二水平天平72、第三水平天平73和第四水平天平74处于同一水平面上；其中，第一水平天平71和第三水平天平73与液体的流动方向平行，第二水平天平72和第四水平天平74液体的流动方向垂直。

优选的，为了防止凸起结构4的高度变化引起流动变化，垂直天平6的垂直方向的最大位移不大于凸起结构4的10％。

实施例3

在上述实施例的基础上，本发明对基于所述测量装置所实现的测量方法进行说明。

在本实施例中，该表面小型凸起引起涡流后受力的测量方法，包括：

步骤s1，将测量装置置于风洞中进行吹风。

步骤s2，凸起结构4受到流动的气流的作用力推动托架3移动、进而带动水平和垂直天平6发生位移。

步骤s3，水平和垂直天平6测量得到位移信号。

步骤s4，根据位移信号，确定凸起结构4引起涡流后所受到的六个分量的作用力，为分析小型损伤如何引发涡流改变流动特性提供基础。

综上可见，在本实施例中，将凸起结构通过托架隔离出来，单独测量局部受力，同时采用表面下的水密封，将外界流动与表面的流动隔离。避免如下问题：气流的流动受到外部环境的影响，密封系统扰动天平的测量精度。

对于方法实施例而言，由于其与装置实施例相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置实施例部分的说明即可。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。