水洞实验中多相流动尾翼运动模拟机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟机构，尤其涉及一种水洞实验中多相流动尾翼运动模拟机构，属于水中高速航行多相流控制模拟技术领域。
【背景技术】
[0002]准确获得水中多相流动条件下的控制力技术，是改善和提高水中多相流动运动体机动航行能力的重要关键技术。对于水中多相流动运动体在机动航行时，航行体的尾翼与多相流壁面相互作用，产生水动力。有效获得该水动力参数是实现航行体机动控制的重点。对于研究机动尾翼运动的流动特性以及航行体的受力特性，主要通过在水洞中模拟各个运动状态来获得所关心的参数。目前，由于水洞实验段的尺寸较小，所以在实验段都是静态的模拟各个姿态，所得参数也是静态统计下的参数。由于水中多相流动速度很高，所以静态的参数已经不能完全满足实际需求。如何在水洞中动态模拟尾翼运动下的多相流动特性，是掌握机动航行控制规律的前提条件。目前，还没有这样的实验装置来模拟尾翼运动下的多相流动特性。
[0003]本发明通过设计一套传动机构，依靠水洞外的驱动电机，在水洞中模拟尾翼运动对空泡多相流扰动的过程；采用动态模拟实验手段，可以研究尾翼运动下的通气空泡多相流流动特性，探明通气空泡多相流失稳的诱导因素；探索尾翼不同操纵条件下通气空泡多相流失稳流动特性，揭示尾翼运动诱导通气空泡多相流失稳机制，建立失稳临界条件。通过这套装置开展的研究成果，可为水中多相流航行体机动控制技术设计提供依据。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了设计一套传动机构，依靠水洞外的驱动电机，在水洞中模拟尾翼运动对空泡多相流扰动的过程而提供一种水洞实验中多相流动尾翼运动模拟机构。
[0005]本发明的目的是这样实现的:包括设置在水洞壁面外的直线运动的驱动电机、通过转接头与直线运动的驱动电机输出端连接的摆动杆、安装在摆动杆端部的滑块、与滑块固连的拉杆、与拉杆端部铰接的尾翼转动杆和与尾翼转动杆端部固连的尾翼轴，尾翼轴上设置有尾翼，水洞壁面内设置有整流支撑结构，摆动杆位于整流支撑结构内，滑块、拉杆和尾翼转动杆的外部设置有整流罩。
[0006]与现有技术相比，本发明的有益效果是:(I)可以实现尾翼在水洞中运动过程模拟。通过计算机控制驱动器来实现直线电机的运动，最终通过运动的传递可以实现尾翼运动模拟。(2)由于尾翼运动的驱动及传递运动的机构都在水洞外和整流罩中，所以整个驱动机构没有形成对流动的扰动影响，壁面扰动引起的流动误差。(3)由于运动的传递都是采用刚性连接，所以运动的传递过程不会积累传递误差，可以准确的控制模拟尾翼的运动规律。本发明结构简单，易于实现。
【附图说明】
[0007]图1是本发明的结构示意图；
[0008]图2是本发明的运动机构图。
【具体实施方式】
[0009]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。
[0010]本发明属于水中高速航行多相流控制模拟技术领域，涉及如何利用水洞来模拟航行体机动舵面运动下的多相流动特性。传统的水洞实验模拟主要基于静态模拟，但实际上航行体的运动及多相流动属于高频率变化的非稳态流动。该机构能够实现在较小的水洞实验段中模拟多相流动尾翼运动导致的非稳态流动特性。
[0011]结合图1和图2，本发明包括直线运动的驱动电机I ;直线电机与摆杆的转接头2 ；摆动杆3 ;整流支撑结构4 ;整流罩5 ;拉杆6 ;尾翼7 ;尾翼轴8 ;尾翼转动杆9 ;水洞壁面10 ；模型尾部11。
[0012]本发明的运动可以描述如下，直线电机I的运动幅度和运动频率主要依靠与计算机连接的驱动器控制。驱动器的控制信号传递给驱动器信号放大器到达驱动电机I。驱动电机I被挂在实验模型支撑机构4伸出在水洞壁面10外的挂板上，驱动电机I带动通过整流支撑结构4并和直线电机与摆杆的转接头2连接的摆动杆3，摆动杆3再推动拉杆6，最终实现拉杆6的直线运动。拉杆6的直线运动通过带动尾翼传动杆9来带动尾翼7绕着尾翼轴8来实现尾翼7的转动。借助该机构可以根据电机的运动曲线准确确定尾翼的运动规律。
[0013]这里主要有转动频率和转动角度两个尾翼的运动参数需要通过驱动电机来传递。图2中给出了运动机构各位置的速度标注，电机的驱动速度为V。，依图，V。= w山，由于W2 =W1,于是V1= V。;考虑W3I3= V i，最终尾翼的转动速度为W4= V。/13。同时电机驱动杆的运动位移为VidA t，对应杆3的转角为V。厶t = I g:，所以杆6的位移为Ν0Λ t，最终可得尾翼的转角为Λ g3= V 0Δ t/13，其总转角积分可得g3为V 0Δ t/13从时间零到t的积分。
[0014]通过上面的计算可知，通过驱动电机及传动机构的运动可以建立尾翼的转动频率和转动角度与电机输出参数的关系，确保尾翼的准确运动。经过计算，本实验可以通过选择平均推力为382N，最大速度为625mm/s的直线电机、Panasonic的MINAS A5L驱动器及C0M1-GX504控制卡来满足实验的要求。C0M1-GX504是一块4轴PCI运动控制卡，它支持梯形和S形速度曲线，提供4轴之间的直线插补，圆弧插补功能。最高脉冲速度达6.55MHz，可控制伺服电机和步进电机。在这些条件下，可以满足实验尾翼运动规律的准确模拟。
[0015]尾翼在水洞中运动过程模拟及运动位置的准确确定。由于水洞实验模型较小，如何实现在水洞中准确模拟尾翼运动过程是揭示尾翼运动诱导通气空泡多相流动态失稳规律的前提条件。
[0016]本发明的具有的工作过程如下:
[0017](I)直线电机I的运动幅度和运动频率主要依靠与计算机连接的驱动器控制。驱动器的控制信号传递给驱动器信号放大器到达驱动电机I。
[0018](2)驱动电机I带动通过整流支撑结构4并和直线电机与摆杆的转接头2连接的摆动杆3。
[0019](3)摆动杆3再推动拉杆6，最终实现拉杆6的直线运动。
[0020](4)拉杆6的直线运动通过带动尾翼传动杆9来带动尾翼7绕着尾翼轴8来实现尾翼7的转动。
【主权项】
1.水洞实验中多相流动尾翼运动模拟机构，其特征是:包括设置在水洞壁面外的直线运动的驱动电机、通过转接头与直线运动的驱动电机输出端连接的摆动杆、安装在摆动杆端部的滑块、与滑块固连的拉杆、与拉杆端部铰接的尾翼转动杆和与尾翼转动杆端部固连的尾翼轴，尾翼轴上设置有尾翼，水洞壁面内设置有整流支撑结构，摆动杆位于整流支撑结构内，滑块、拉杆和尾翼转动杆的外部设置有整流罩。
【专利摘要】本发明提供一种水洞实验中多相流动尾翼运动模拟机构，包括设置在水洞壁面外的直线运动的驱动电机、通过转接头与直线运动的驱动电机输出端连接的摆动杆、安装在摆动杆端部的滑块、与滑块固连的拉杆、与拉杆端部铰接的尾翼转动杆和与尾翼转动杆端部固连的尾翼轴，尾翼轴上设置有尾翼，水洞壁面内设置有整流支撑结构，摆动杆位于整流支撑结构内，滑块、拉杆和尾翼转动杆的外部设置有整流罩。本发明结构简单，易于实现，依靠水洞外的驱动电机，在水洞中模拟尾翼运动对空泡多相流扰动的过程。
【IPC分类】G01M10/00
【公开号】CN105181296
【申请号】CN201510661455
【发明人】蒋运华, 白涛, 王滨生, 刘智侃
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月14日