CN104236849A - 一种水下航行体水动力测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下航行体水动力测量系统，包括抗空化尾部支撑键(2)、航行体前体(3)、尾部测力六分力天平(4)、前体测力六分力天平(5)、软刷(6)、封严部件(7)、航行体内天平支架(8)、前体天平支撑杆(9)和尾部天平支撑杆(10)；尾部测力六分力天平(4)制作成水下航行体尾部形状，既作为水下航行体尾部，同时能够测量水下航行体尾部承受的水动力；航行体前体受力可通过天平内支架传导至前体测力六分力天平，通过前体六分力天平直接测量航行体前体的水动力；航行体尾部和前体连接处通过封严部件和软刷进行封严设计。本发明可以准确地分体测量出航行体前体和尾部的水动力，减小尾部水动力波动对测量的影响。

Description

一种水下航行体水动力测量系统

技术领域

本发明涉及一种水下航行体水动力测量系统。

背景技术

空泡技术是目前水下航行体水动力领域的重要关键技术。对于水平发射的水下航行体，利用空泡技术可突破现有水下航行体的速度极限，使水下航行体绝大部分表面被包围在低密度的水蒸气或气体中，航行体阻力大幅降低；对于垂直发射的水下航行体，利用空泡技术可降低水动力载荷确保航行体在水下运动的稳定性。

由于空泡的包裹，航行体在水下航行时仅前体和尾部的小部分区域与水保持接触，使得航行体受力主要由前体和尾部承担，前体与尾部设计成为关键技术，因此需要分别取得前体与尾部的水动力，评判前体与尾部的设计，对优化设计方案有重要的意义。目前常规水动力测量系统，测量整个航行体的水动力，一般难以将航行体的前体与尾部受到的水动力分开测量。如果借鉴类似的空气风洞内的分体测量技术，水流在前体与尾部之间的缝隙中的泄露和漩涡流动会带来较大的水动力参数变化，难以取得准确的前体与尾部的分体水动力参数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种水下航行体水动力试验系统，可以准确地分体测量出航行体前体和尾部的水动力，能够减小尾部水动力波动对整个航行体水动力测量的影响。

本发明包括如下技术方案：

一种水下航行体水动力测量系统，包括水洞工作段、抗空化尾部支撑键、航行体前体、尾部测力六分力天平、前体测力六分力天平、软刷、封严部件、航行体内天平支架、前体天平支撑杆和尾部天平支撑杆；抗空化尾部支撑键、航行体前体和尾部测力六分力天平位于水洞工作段内；

尾部测力六分力天平制作成水下航行体尾部形状，既作为水下航行体尾部，同时能够测量水下航行体尾部承受的水动力；

封严部件的上下端分别形成山字型凹槽，在每个山字型凹槽表面安有软刷；在封严部件的中间部分形成螺纹通孔，封严部件的中间部分采用螺纹连接至尾部天平支撑杆上；尾部测力六分力天平和航行体前体相邻的端部安装在山字型凹槽上，并与软刷接触；

航行体内天平支架的外侧固定连接在航行体前体上，前体测力六分力天平一端固定连接到航行体内天平支架的中间部分上，另一端固定连接至前体天平支撑杆的前端上；前体天平支撑杆的后端采用螺纹连接固定至尾部天平支撑杆的前端上；尾部测力六分力天平套在尾部天平支撑杆外表面上，并通过螺纹连接固定在尾部天平支撑杆上，尾部天平支撑杆的后端通过螺钉安装在抗空化尾部支撑键的上部；抗空化尾部支撑键的下部固定在水洞工作段壁面上。

抗空化尾部支撑键处于水下航行体尾部的下游，与水下航行体尾部的距离不小于水下航行体全长的0.5倍。

抗空化尾部支撑键的横截面采用流线型的NACA对称翼形。

抗空化尾部支撑键的中间开通孔，用于容纳尾部测力六分力天平和前体测力六分力天平的输出线。

前体测力六分力天平采用类椭球曲面的尾部挡板外形形式。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明提供了一种前体与尾部水动力分体测量的系统，将航行体的前体与尾部的结构分开，并采用前体和尾部两个六分力天平，将尾部的六分力天平制作成尾部外形的形式，与尾部天平支撑杆固连，可直接获得尾部水动力；航行体前体受力可通过天平内支架传导至前体测力六分力天平，通过前体六分力天平直接测量航行体前体的水动力，从而能够分别测试航行体前体和尾部的水动力；

(2)通过尾部和前体连接处的封严部件和软刷进行封严设计，防止尾部与前体之间的狭缝流动冲击，削弱外部水流场对航行体内部环境的影响，且避免了航行体尾部和前体间力的传输。

附图说明

图1为尾部挡板与前体水洞试验测力示意图；

图2为抗空化尾部支撑键横截面示意图；

图3为尾部挡板与前体封严设计示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

对于常规水洞，可容纳的航行体模型尺度较小，在尾部安装六分力天平有一定的困难，尾部增加天平还会破坏尾部的流动。同样在有限的空间中前体测力天平、尾部测力天平、支撑杆的容纳等都需要特别的设计。在特殊情况为准确获得稳定的前体航行体水动力特性，需要进行稳定尾部水动力设计，降低弹体尾部湍流形式对水动力特性的非定常影响。

在此背景下本发明提出了在前体与尾部之间安装山字形的非接触密封装置消除缝隙泄露流的影响，利用尾部测力天平与尾部外形作为一体的一体化天平，可以简化系统并将尾部受力与前体分开，并通过一系列安装方式妥善安置多个部件满足各项测量要求。

如图1所示，本发明的水下航行体水动力测量系统包括水洞工作段1、抗空化尾部支撑键2、航行体前体3、尾部测力六分力天平4、前体测力六分力天平5、软刷6、封严部件7、航行体内天平支架8、前体天平支撑杆9和尾部天平支撑杆10；抗空化尾部支撑键2、航行体前体3和尾部测力六分力天平4位于水洞工作段1内。

尾部测力六分力天平4制作成水下航行体尾部形状，既作为水下航行体尾部，同时能够测量水下航行体尾部承受的水动力。

航行体内天平支架8的外侧固定连接在水下航行体的前体3上，前体测力六分力天平5一端固定连接到航行体内天平支架8的中间部分上，另一端固定连接至前体天平支撑杆9的前端上；前体天平支撑杆9的后端采用螺纹连接固定至尾部天平支撑杆10的前端上；尾部测力六分力天平4套在尾部天平支撑杆10外表面上，并通过螺纹连接固定在尾部天平支撑杆10上，尾部天平支撑杆10的后端通过螺钉安装在抗空化尾部支撑键2的上部。抗空化尾部支撑键2处于水下航行体尾部的下游，与水下航行体尾部的距离不小于水下航行体全长的0.5倍；如图2所示，抗空化尾部支撑键2的横截面采用流线型的NACA对称翼形，可以防止空化产生，避免支撑键后部形成空泡影响水洞的流场。抗空化尾部支撑键2的下部固定在水洞工作段1壁面上；抗空化尾部支撑键2的中间开通孔，用于容纳尾部测力六分力天平4和前体测力六分力天平5的输出线。

前体测力六分力天平5的输出线穿过前体天平支撑杆9和尾部天平支撑杆10的内部通孔，尾部测力六分力天平4的输出线穿过尾部天平支撑杆10的内部通孔；最后通过抗空化尾部支撑键2的中间开通孔引出尾部测力六分力天平4和前体测力六分力天平5的输出线。

如图3所示，封严部件7的上下端分别形成山字型凹槽，在山字型凹槽表面安有软刷6；在封严部件7的中间部分形成螺纹通孔，封严部件7的中间部分采用螺纹连接至尾部天平支撑杆10上；尾部测力六分力天平4和航行体前体3相邻的端部安装在山字型凹槽上，并与软刷6接触。封严部件7和软刷6将航行体前体和尾部隔离，可避免前体和尾部之间的水动力传输，封严部件上的软刷6可削弱外部水流场对航行体内部流场的影响。

航行体前体受力可通过天平内支架8传导至前体测力六分力天平5，通过前体六分力天平5直接测量航行体前体的水动力。

前体测力六分力天平5采用类椭球曲面的尾部挡板外形形式，削弱尾部流场对航行体前体的影响，获得不受尾部流动影响的前体水动力和流线型尾部的水动力。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种水下航行体水动力测量系统，其特征在于，包括水洞工作段(1)、抗空化尾部支撑键(2)、航行体前体(3)、尾部测力六分力天平(4)、前体测力六分力天平(5)、软刷(6)、封严部件(7)、航行体内天平支架(8)、前体天平支撑杆(9)和尾部天平支撑杆(10)；抗空化尾部支撑键(2)、航行体前体(3)和尾部测力六分力天平(4)位于水洞工作段(1)内；

尾部测力六分力天平(4)制作成水下航行体尾部形状，既作为水下航行体尾部，同时能够测量水下航行体尾部承受的水动力；

封严部件(7)的上下端分别形成山字型凹槽，在每个山字型凹槽表面安有软刷(6)；在封严部件(7)的中间部分形成螺纹通孔，封严部件(7)的中间部分采用螺纹连接至尾部天平支撑杆(10)上；尾部测力六分力天平(4)和航行体前体(3)相邻的端部安装在山字型凹槽上，并与软刷(6)接触；

航行体内天平支架(8)的外侧固定连接在航行体前体(3)上，前体测力六分力天平(5)一端固定连接到航行体内天平支架(8)的中间部分上，另一端固定连接至前体天平支撑杆(9)的前端上；前体天平支撑杆(9)的后端采用螺纹连接固定至尾部天平支撑杆(10)的前端上；尾部测力六分力天平(4)套在尾部天平支撑杆(10)外表面上，并通过螺纹连接固定在尾部天平支撑杆(10)上，尾部天平支撑杆(10)的后端通过螺钉安装在抗空化尾部支撑键(2)的上部；抗空化尾部支撑键(2)的下部固定在水洞工作段(1)壁面上。

2.如权利要求1所述的水下航行体水动力测量系统，其特征在于：抗空化尾部支撑键(2)处于水下航行体尾部的下游，与水下航行体尾部的距离不小于水下航行体全长的0.5倍。

3.如权利要求1所述的水下航行体水动力测量系统，其特征在于：抗空化尾部支撑键(2)的横截面采用流线型的NACA对称翼形。

4.如权利要求1所述的水下航行体水动力测量系统，其特征在于：前体测力六分力天平(5)采用类椭球曲面的尾部挡板外形形式。