CN103592104A - 评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置及试验方法，包括水池、滑块、步进电机、泵，步进电机连接滑块并驱动滑块移动，滑块通过连杆连接旋成体壁面模型，旋成体壁面模型位于水池里，旋成体壁面模型里设置有射流管道，旋成体壁面模型上分别设置射流孔和射流软管，射流孔和射流软管分别和射流管道相连通，射流软管通过射流管路与泵相连，射流管路上安装球阀和流量计，泵与水池相连通；所述的旋成体壁面模型包括光滑表面旋成体壁面模型和仿生射流表面旋成体壁面模型。本发明能够实现对仿生射流表面旋成体壁面减阻效果测试、非光滑表面旋成体壁面结构减阻效果测试及表面涂层减阻效果测试，操作容易，测试结果准确。

Description

评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及的是一种试验装置及试验方法，具体地说是表面结构摩擦阻力的试验装置及试验方法。

背景技术

运输工具在水中行进时的主要能耗是用来克服行进阻力，因此进行阻力分析和减小阻力，对于节约能源、改善工作状况，提高工作效能具有重要意义。为了评估仿生射流表面的减阻特性，在旋成体壁面上应用仿生射流减阻技术，加工出仿生射流表面旋成体壁面测试模型，通过与光滑表面旋成体壁面测试模型进行对比来衡量仿生射流表面的减阻效果。

目前，评估仿生射流表面减阻效果的试验装置较少，且多集中在旋转射流测试方法，如专利申请号为：201110089369.0，名称为“评估仿生非光滑表面及仿生射流表面减阻效果的试验装置”和专利申请号为：201120070969.8，名称为“一种对摩擦阻力测试的试验装置”，通过筒体的旋转为主流场速度提供动力，流速不好控制。

发明内容

本发明的目的在于提供能够实现对仿生射流表面减阻效果测试、非光滑表面结构减阻效果测试、表面涂覆涂层减阻效果测试的评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置及试验方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置，其特征是：包括水池、滑块、步进电机、泵，步进电机连接滑块并驱动滑块移动，滑块通过连杆连接旋成体壁面模型，旋成体壁面模型位于水池里，旋成体壁面模型里设置有射流管道，旋成体壁面模型上分别设置射流孔和射流软管，射流孔和射流软管分别和射流管道相连通，射流软管通过射流管路与泵相连，射流管路上安装球阀和流量计，泵与水池相连通；所述的旋成体壁面模型包括光滑表面旋成体壁面模型和仿生射流表面旋成体壁面模型。

本发明评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置还可以包括：

1、泵与球阀之间的射流管路上设置回流管路，回流管路连通水池，回流管路上安装溢流阀。

2、旋成体壁面模型与连杆之间的连接角度可调。

本发明评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验方法，其特征是：采用如下试验装置：包括水池、滑块、步进电机、泵，步进电机连接滑块并驱动滑块移动，滑块通过连杆连接旋成体壁面模型，旋成体壁面模型位于水池里，旋成体壁面模型里设置有射流管道，旋成体壁面模型上分别设置射流孔和射流软管，射流孔和射流软管分别和射流管道相连通，射流软管通过射流管路与泵相连，射流管路上安装球阀和流量计，泵与水池相连通；

（1）将光滑表面旋成体壁面模型通过连杆与滑块相连接，步进电机启动，通过伺服混合式步进电机驱动器控制步进电机的转速，从而带动滑块运动，检测光滑表面旋成体壁面模型在速度v时步进电机的驱动功率p_s；

（2）将仿生射流表面旋成体壁面模型通过连杆与滑块相连接，步进电机启动，通过伺服混合式步进电机驱动器控制步进电机的转速，从而带动滑块运动，打开球阀，调节射流管路的流量，继而得出射流入口的速度，同时检测仿生射流表面旋成体壁面模型速度为v时的步进电机的驱动功率p_j；

（3）仿生射流表面旋成体壁面的减阻效果通过减阻率DR来表面，则：

$\mathrm{DR}=\frac{p_s-p_j}{p_s}\×100\%.$

本发明的优势在于：本发明通过对比光滑表面测试旋成体壁面模型和仿生射流表面旋成体壁面测试模型具有相同运动速度时步进电机的驱动功率来衡量仿生射流表面的减阻效果，能够实现对仿生射流表面旋成体壁面减阻效果测试、非光滑表面旋成体壁面结构减阻效果测试及表面涂层减阻效果测试，测试原理简单，操作容易，测试结果准确。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的射流供给系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～2，本发明试验装置由步进电机、伺服混合式步进电机驱动器、弹性膜片联轴器、丝杠螺母机构、水池1、测试旋成体壁面模型2、连杆4、滑块5、射流软管6、泵7、流量计10、溢流阀8和必要的管路连接件。伺服混合式步进电机驱动器与步进电机相连，步进电机与弹性膜片联轴器与丝杠螺母机构相连接，螺母与滑块5固连，为测试旋成体壁面模型2的运动提供动力；所述的溢流阀8、泵7和水池1形成一个闭合回路，溢流阀8的作用是调节泵7的出口压力，通过调节球阀9的开度来调节射流入口的速度。测试仿生射流表面旋成体壁面模型2尾部与射流管进水口相连接，模型表面上开有射流孔，射流孔的个数可根据测试需求进行设定。溢流阀8、泵7和水池1形成一个闭合回路，溢流阀8的作用是调节泵7的出口压力。在射流供给管路上安装有球阀9和流量计10，通过调节球阀9来控制射流供给流量，继而控制射流供给速度。测试仿生射流表面旋成体壁面模型2与连杆4之间的连接角度可调，进而可测量不同攻角时测试仿生射流表面旋成体壁面模型2的减阻效果。

本发明的工作原理是：

步进电机带动丝杠螺母机构旋转，为测试旋成体壁面模型2的运动提供动力，通过对比光滑表面旋成体壁面测试模型和仿生射流表面旋成体壁面测试模型在相同运动速度时的步进电机的驱动功率来评估仿生射流表面旋成体壁面的减阻效果。

所述的仿生射流表面旋成体壁面减阻效果评估方法具体步骤为：

a、将光滑表面旋成体壁面模型通过连杆4与滑块5相连接，步进电机启动，通过伺服混合式步进电机驱动器控制步进电机的转速，丝杠螺母机构带动滑块5运动，检测测试模型在某一转速时步进电机的驱动功率p_s；

b、将仿生射流表面旋成体壁面模型通过连杆4与滑块5相连接，步进电机启动，通过伺服混合式步进电机驱动器控制步进电机的转速，丝杠螺母机构带动滑块5运动，打开射流管路的球阀9，调节射流管路的流量，继而得出射流入口的速度，同时检测测试模型与步骤a具有相等速度时的某一射流速度情况下的步进电机的驱动功率p_j；

c、仿生射流表面旋成体壁面的减阻效果通过减阻率DR来表面，计算式如下：

$\mathrm{DR}=\frac{p_s-p_j}{p_s}\×100\%.$

减阻率DR越大，减阻效果越好。

本发明通过对检测步进电机的驱动功率，可以方便地评估仿生射流表面旋成体壁面结构、非光滑表面旋成体壁面结构和表面涂层结构的减阻效果，本发明结构简单，还适用于对非光滑表面旋成体壁面结构和涂层表面结构流体摩擦阻力进行检测并评估其减阻效果。

Claims (4)

1.评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置，其特征是：包括水池、滑块、步进电机、泵，步进电机连接滑块并驱动滑块移动，滑块通过连杆连接旋成体壁面模型，旋成体壁面模型位于水池里，旋成体壁面模型里设置有射流管道，旋成体壁面模型上分别设置射流孔和射流软管，射流孔和射流软管分别和射流管道相连通，射流软管通过射流管路与泵相连，射流管路上安装球阀和流量计，泵与水池相连通；所述的旋成体壁面模型包括光滑表面旋成体壁面模型和仿生射流表面旋成体壁面模型。 

2.根据权利要求1所述的评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置，其特征是：泵与球阀之间的射流管路上设置回流管路，回流管路连通水池，回流管路上安装溢流阀。 

3.根据权利要求1或2所述的评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验装置，其特征是：旋成体壁面模型与连杆之间的连接角度可调 。

4.评估仿生射流表面旋成体壁面减阻效果的试验方法，其特征是：采用如下试验装置：包括水池、滑块、步进电机、泵，步进电机连接滑块并驱动滑块移动，滑块通过连杆连接旋成体壁面模型，旋成体壁面模型位于水池里，旋成体壁面模型里设置有射流管道，旋成体壁面模型上分别设置射流孔和射流软管，射流孔和射流软管分别和射流管道相连通，射流软管通过射流管路与泵相连，射流管路上安装球阀和流量计，泵与水池相连通； 

（1）将光滑表面旋成体壁面模型通过连杆与滑块相连接，步进电机启动，通过伺服混合式步进电机驱动器控制步进电机的转速，从而带动滑块运动，检测光滑表面旋成体壁面模型在速度v时步进电机的驱动功率p_s； 

（2）将仿生射流表面旋成体壁面模型通过连杆与滑块相连接，步进电机启动，通过伺服混合式步进电机驱动器控制步进电机的转速，从而带动滑块运动，打开球阀，调节射流管路的流量，继而得出射流入口的速度，同时检测仿生射流表面旋成体壁面模型速度为v时的步进电机的驱动功率p_j； 

（3）仿生射流表面旋成体壁面的减阻效果通过减阻率DR来表面，则： 

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