风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置及其方法与流程

本发明涉及试验与测试，尤其是风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置及其方法。

背景技术：

1、处于海洋环境中的船舶或海洋平台(以下简称“平台”)，其水面以下部分常常受到海流的作用。在研究平台海流绕流特性以及流载荷作用时，常采用刚性壁面模拟海面，模型倒置、风介质代替水介质的方式，开展船模流载荷的风洞测量。由于实际流速沿垂向的变化，通常采用流剖面来表示，工程设计中也常采用均匀流，也有采用非均匀流，常用的指数流剖面和线性流剖面，其表达式分别为：

2、均匀流：

3、

4、指数型：

5、

6、线性：

7、

8、其中：

9、uc(z)——高度z(z≤0)处的流速，m/s；

10、uc0——水面处(z＝0)的流速，m/s；

11、z——垂向位置，垂直水面向上为正，m；

12、d——水深，m；

13、d0——参考深度，m；

14、α——指数，常取α＝1/7。

15、对于实际平台流载而言，当采用均匀流条件时，不同垂向位置处的速度相同；当采用非均匀流时，则水面处的速度高，远离水面处的速度低。在风洞试验中，采用模型倒置的安装方式，试验中，由于空气粘性的作用，紧贴着刚性平板的区域会存在边界层。

16、由于边界层的存在，试验区域靠近模拟水面的抬升地板的底部区域速度较低，即与实际情况不一致，会使得模型测试得到的流载荷偏小，并且低速区域内剪切流动的存在，会诱导外部流动产生局部攻角，影响升力及力矩。

17、为此我们提出风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置及其方法。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置及其方法，从而能够减小边界层对流载荷测试的影响，获得更接近于实际的流载荷试验结果。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，包括：

4、抬升地板，设置在风洞中；

5、转盘，转动镶嵌在抬升地板上，用于调整船模的位置；

6、抽吸面板，设置在抬升地板上；

7、静压箱，设置在抽吸面板底部；

8、抽吸泵，设置在风洞下方，且通过连接管与抽吸泵连通；通过调节抽吸泵的功率来调整对抬升地板上方空气的抽吸流量。

9、其进一步特征在于：

10、所述抬升地板的前端设置有倒置尖劈，用于降低高处的风速。

11、所述倒置尖劈由第一板材构成，第一板材为倒置的三角板。

12、所述倒置尖劈由第一板材和第二板材构成，第二板材固定在第一板材一侧，第一板材和第二板材均为倒置的三角板。

13、所述倒置尖劈由第二板材和两个第一板材构成，两个第一板材分别转动设置在第二板材的两侧。

14、所述抬升地板底部与风洞底部之间的距离大于200mm。

15、所述抬升地板的前端为抬升地板前缘，抬升地板前缘切角处理，抬升地板前缘和船模中心的距离为500-750mm。

16、所述抽吸面板的长度与抬升地板的宽度相同。

17、风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟方法，包括如下步骤：

18、步骤一：加工抬升地板，并在风洞中安装抬升地板；

19、步骤二：在抬升地板中镶嵌抽吸面板；

20、步骤三：在抽吸面板下方设置静压箱；

21、步骤四：静压箱通过连接管与抽吸泵相连；

22、步骤五：选取风洞试验风速，开始吹风，当到达要求风速后，调整抽吸泵的流量，采集不同高度处的速度值，作无因次化处理，直到流剖面满足要求，实现均匀流模拟。

23、在进行步骤五之前，在抬升地板的前端增加倒置尖劈，通过倒置尖劈调整高处的风速，完成非均匀流的模拟。

24、本发明的有益效果如下：

25、本发明结构紧凑、合理，操作方便，选取风洞试验的风速，开始吹风，抽吸泵开始工作，抽吸泵对抬升地板上空气进行抽吸，抽吸泵通过连接管和静压箱把抬升地板上的空气从排气口排出，通过调整抽吸泵的功率进而调整抽吸流量，使得流剖面满足试验要求。实现均匀流模拟，从而能够减小边界层对流载荷测试的影响，获得更接近于实际的流载荷试验结果，从而能够减小边界层对流载荷测试的影响，获得更接近于实际的流载荷试验结果。

26、同时，本发明还具备如下优点：

27、(1)在抬升地板的前端增加倒置尖劈，倒置尖劈设置有多个，多个倒置尖劈间隔设置在抬升地板的前端；通过设置倒置尖劈，来降低高处的风速，使得高处的风速低于低处的风速，完成非均匀流模拟。

28、(2)倒置尖劈由第一板材和第二板材构成，第二板材的一侧固定在第一板材一侧解决中间的位置，第一板材和第二板材均为倒置的三角板，对倒置尖劈的固定更加方便。

29、(3)倒置尖劈由第二板材和两个第一板材构成，两个第一板材分别转动设置在第二板材的两侧，第二板材和第一板材之间设置有夹角，通过转动第一板材调整夹角的大小，进而使得倒置尖劈能够适应不同剖面要求的情况，使得倒置尖劈的适用性更加强。

技术特征：

1.风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，其特征在于：所述抬升地板(2)的前端设置有倒置尖劈(8)，用于降低高处的风速。

3.如权利要求2所述的风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，其特征在于：所述倒置尖劈(8)由第一板材(801)构成，第一板材(801)为倒置的三角板。

4.如权利要求2所述的风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，其特征在于：所述倒置尖劈(8)由第一板材(801)和第二板材(802)构成，第二板材(802)固定在第一板材(801)一侧，第一板材(801)和第二板材(802)均为倒置的三角板。

5.如权利要求2所述的风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，其特征在于：所述倒置尖劈(8)由第二板材(802)和两个第一板材(801)构成，两个第一板材(801)分别转动设置在第二板材(802)的两侧。

6.如权利要求1所述的风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，其特征在于：所述抬升地板(2)底部与风洞底部(9)之间的距离大于200mm。

7.如权利要求6所述的风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，其特征在于：所述抬升地板(2)的前端为抬升地板前缘(201)，抬升地板前缘(201)切角处理，抬升地板前缘(201)和船模(7)中心的距离为500-750mm。

8.如权利要求7所述的风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，其特征在于：所述抽吸面板(1)的长度与抬升地板(2)的宽度相同。

9.风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟方法，其特征在于：在进行步骤五之前，在抬升地板(2)的前端增加倒置尖劈(8)，通过倒置尖劈(8)调整高处的风速，完成非均匀流的模拟。

技术总结
本发明涉及风洞中船模流载荷试验的流剖面模拟装置，包括抬升地板设置在风洞中；转盘转动镶嵌在抬升地板上，用于调整船模的位置；抽吸面板设置在抬升地板上；静压箱设置在抽吸面板底部；抽吸泵设置在风洞下方，且通过连接管与抽吸泵连通；通过调节抽吸泵的功率来调整对抬升地板上方空气的抽吸流量；抬升地板的前端设置有倒置尖劈，用于降低高处的风速；倒置尖劈由第一板材构成，第一板材为倒置的三角板；抬升地板底部与风洞底部之间的距离大于200mm；抬升地板的前端为抬升地板前缘，抬升地板前缘切角处理，抬升地板前缘和船模中心的距离为500‑750mm。本发明能够减小边界层对流载荷测试的影响，获得更接近于实际的流载荷试验结果。

技术研发人员：郑文涛,刘俊亮,李明政,司朝善,余兰
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16