CN104326055B - 一种水洞实验通气航行体自旋装置 - Google Patents

Abstract

一种水洞实验通气航行体自旋装置，它涉及一种自旋装置。本发明目的是为解决现有在水洞实验中的通气航行体模型的灵活性差、实验效果不理想且自旋所需的电源动力装置体积大、固定的通气管路和电缆无法在实现自旋的通气航行体模型内安置的问题。所述外支撑管的前端与通气航行体模型可拆卸连接，外支撑管的后端与螺旋桨套体可拆卸连接，螺旋桨套体的外壁上有多个螺旋桨叶片，内支撑管的一端穿过螺旋桨套体设在外支撑管内，内支撑管上套装有第一防水轴承和第二防水轴承，外支撑管的前端内壁、后端内壁分别有第一挡棱、第二挡棱，第一防水轴承的后端面与第一挡棱相贴紧，第二防水轴承的前端面与第二挡棱相贴紧。本发明用于辅助通气航行体自旋。

Description

一种水洞实验通气航行体自旋装置

技术领域

本发明具体涉及一种水洞实验通气航行体自旋装置。

背景技术

进行模型缩比实验是研究水下航行体流体动力特性的一种重要方法，为了实现改善水下航行体的流体动力环境，常常在航行体的头部设计通气缝，依靠通气缝通出的气体形成包裹航行体的空泡，或者在航行体头部设计使用一圈小通气孔的方法形成包裹航行体的气幕。为了查看航行体在自旋的时候，通气形成的空泡或者气幕的形态，需要通气航行体模型的支撑杆可以带动航行体使其实现旋转效果，并满足向航形体内部通入气体的功能。

水洞是一种用水作为工作介质的流体力学实验设备，主要用于流体力学研究。目前，航行体在水洞实验时多以固定的方式连接，通过实验测量航行体的空泡形态和流体动力，由于支撑杆的固定方式使通气航行体模型在水洞实验中出现灵活性差且通气航行体模型因被动旋转实验效果不够理想的问题，目前，尚没有完善的装置辅助通气航行体模型在水洞实验研究中实现自旋，主要是因为水洞工作段直径较小而提供航行体自旋的传动装置体积较大、实现自旋电源动力装置难以密封、固定的通气管路和电缆无法在实现自旋的通气航行体模型内安置等问题。

发明内容

本发明提供一种水洞实验通气航行体自旋装置，为了解决现有在水洞实验中的通气航行体模型的灵活性差、实验效果不理想且自旋所需的电源动力装置体积大、固定的通气管路和电缆无法在实现自旋的通气航行体模型内安置的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

所述一种水洞实验通气航行体自旋装置包括外支撑管、内支撑管、螺旋桨套体、第一防水轴承、第二防水轴承和多个螺旋桨叶片，所述外支撑管的前端与通气航行体模型可拆卸连接，所述外支撑管的后端与螺旋桨套体可拆卸连接，所述螺旋桨套体的外壁上固定连接有多个螺旋桨叶片，所述内支撑管的一端穿过螺旋桨套体设置在外支撑管的内部，所述内支撑管与螺旋桨套体间隙设置，所述内支撑管上从左至右依次套装有第一防水轴承和第二防水轴承，所述外支撑管的前端内壁沿管体的圆周方向加工有一圈第一挡棱，所述外支撑管的后端内壁沿管体的圆周方向加工有一圈第二挡棱，所述第一防水轴承的后端面与第一挡棱相贴紧，所述第二防水轴承的前端面与第二挡棱相贴紧。

本发明的有益效果：

1、本发明结构设计科学合理，利用现有水洞工作段中的水流为动力，驱动多个螺旋桨叶片转动，从而带动螺旋桨套体转动，依靠螺旋桨套体与外支撑管之间的连接关系带动外支撑管转动，从而有效实现通气航行体模型自旋的效果，本发明中内支撑管的设置是为了从外界通过内支撑管向通气航行体模型内部通气的效果，从而有效减少通气航行体模型在水下所受阻力，使实验研究结果更加理想。第一防水轴承和第二防水轴承的作用是实现内外支撑管的相对旋转并实现密封。

2、本发明灵活性强，与现有技术相比，本发明中的螺旋桨套体和多个螺旋桨叶片的类型可根据水洞中的水流情况具体更换，水洞中水流速度越大，通气航行体模型转动越快，在同样流速下，通过更换不同类型的螺旋桨套体和多个螺旋桨叶片，实现通气航行体模型转速的改变。

3、本发明无需电源动力装置、固定的通气管路和电缆即可实现通气航行体的自旋状态，有效解决了常规实现自旋时所需的设备条件的限制问题，对水洞实验中的通气航行体模型的研究工作提供了直观、准确的实验效果。

4、本发明制造成本低廉与现有技术相比，节省了50％以上的制造费用，本发明制造简单、使用方便，适用范围广泛，尤其适用在其它需要自旋效果的装置中。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图，图2是图1的主视结构剖面图(图中箭头方向为水洞工作段中水流方向)，图3是螺旋桨套体3和多个螺旋桨叶片4(螺旋桨叶片为6个)之间的连接关系的立体图，图4是螺旋桨套体3和多个螺旋桨叶片4(螺旋桨叶片为6个)之间的连接关系的主视图，图5是图4的左视结构示意图，图6是螺旋桨套体3和多个螺旋桨叶片4(螺旋桨叶片为4个)之间的连接关系的立体图，图7是螺旋桨套体3和多个螺旋桨叶片4(螺旋桨叶片为4个)之间的连接关系的主视图，图8是图7的左视结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8说明本实施方式，本实施方式中所述一种水洞实验通气航行体自旋装置包括外支撑管1、内支撑管2、螺旋桨套体3、第一防水轴承5、第二防水轴承9和多个螺旋桨叶片4，所述外支撑管1的前端与通气航行体模型7可拆卸连接，所述外支撑管1的后端与螺旋桨套体3可拆卸连接，所述螺旋桨套体3的外壁上固定连接有多个螺旋桨叶片4，所述内支撑管2的一端穿过螺旋桨套体3设置在外支撑管1的内部，所述内支撑管2与螺旋桨套体3间隙设置，所述内支撑管2上从左至右依次套装有第一防水轴承5和第二防水轴承9，所述外支撑管1的前端内壁沿管体的圆周方向加工有一圈第一挡棱1-1，所述外支撑管1的后端内壁沿管体的圆周方向加工有一圈第二挡棱1-2，所述第一防水轴承5的后端面与第一挡棱1-1相贴紧，所述第二防水轴承9的前端面与第二挡棱1-2相贴紧。

本发明是用于实现通气航行体模型7的自旋效果而设置的。本发明中的螺旋桨套体3和多个螺旋桨叶片4的类型可根据水洞10中的水流情况具体更换，水洞10中水流速度越大，通气航行体模型7转动越快，在同样流速下，通过更换不同类型的螺旋桨套体3和多个螺旋桨叶片4，实现通气航行体模型7转速的改变。

本发明中通气航行体模型7套装在所述外支撑管1的上带有一圈第一挡棱1-1的一端，所述第一挡棱1-1设置为沿外支撑管1的径向方向在外支撑管1管壁上向内凸起，使第一防水轴承5的后端面与外支撑管1之间更加紧密连接。同理，第二挡棱1-2在外支撑管1内壁上向内凸起是为了第二防水轴承9与外支撑管1之间更加紧密的限位连接，有效保障本发明中外支撑管1和内支撑管2之间的密封性。所述外支撑管1还加工有第三挡棱1-3，所述外支撑管1的前端外壁沿管体的圆周方向加工有一圈第三挡棱1-3，第三挡棱1-3向外凸起是起到阻挡通气航行体模型7的管壁的作用。使通气航行体模型7与外支撑管1之间更加紧密的连接。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式中所述内支撑管2由第一段管体2-1、第二段管体2-2、第三段管体2-3和第四段管体2-4首尾顺次固定连接制为一体，所述第一段管体2-1、第二段管体2-2和第三段管体2-3的外径依次增大，所述第一防水轴承5套装在第一段管体2-1上，所述第一防水轴承5的外端面与外支撑管1的内壁固定连接，所述第一防水轴承5的内端面与内支撑管1的外壁间隙设置；所述第二防水轴承9的后端面与第二段管体2-2相贴紧，所述第二防水轴承9的外端面与外支撑管1内壁间隙设置，所述第二防水轴承9的内端面与内支撑管2的外壁固定连接；所述螺旋桨套体3与第二段管体2-2间隙设置，所述螺旋桨套体3的外侧面与外支撑管1内壁可拆卸连接，所述螺旋桨套体3的前端面与第二防水轴承9相贴紧；所述第三段管体2-3为手持部，所述第四段管体2-4为外界连接端。

本实施方式中所述内支撑管2由第一段管体2-1、第二段管体2-2、第三段管体2-3和第四段管体2-4首尾顺次固定连接制为一体，所述第一段管体2-1、第二段管体2-2和第三段管体2-3的外径依次增大，所述第一防水轴承5套装在第一段管体2-1上，所述第一防水轴承5的后端面与第一挡棱1-1相贴紧，所述第一防水轴承5的外端面与外支撑管1的内壁固定连接，所述第一防水轴承5的内端面与外支撑管1的内壁间隙设置；所述第二防水轴承9的后端面与第二段管体2-2相贴紧，所述第二防水轴承9的外端面与外支撑管1内壁间隙设置，所述第二防水轴承9的内端面与内支撑管2外壁固定连接；如此设置是为了增加外支撑管1和内支撑管2之间的气密性，又保证两者可以方便拆分。

所述螺旋桨套体3与第二段管体2-2间隙设置，所述螺旋桨套体3的外侧面与外支撑管1内壁可拆卸连接，所述螺旋桨套体3的前端面与橡胶垫8相贴紧，如此设置是为了使外支撑管1、内支撑管2之间的密封性更好。

所述第三段管体2-3为手持部，其设置的目的是为了将内支撑管2安装时提供手持的位置，方便内支撑管2安装到外支撑管1中。所述第四段管体2-4为外界连接端，用于将通气航行体模型7以及本发明装置随实际实验环境随时固定连接在水洞10中，增强本发明的灵活性，所述第四段管体2-4与外界可拆卸连接，可通过螺纹连接或卡接等其他可拆卸连接方式。本实施方式中未提及的构件与具体实施方式一的结构及连接关系相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式中所述外支撑管1一端的管外径为32～36mm且所述管外径上加工有外螺纹，所述外支撑管1另一端的管内径为28～32mm且所述管内径上加工有内螺纹。

本实施方式中外支撑管1一端的管外径的尺寸设置是为了配合现有通气航行体模型7的尾端内径而具体设置，同时，通过所述外支撑管1一端的管外径上加工的外螺纹是为了实现外支撑管1和通气航行体模型7之间的螺纹连接。同理，外支撑管1另一端的管内径的尺寸设置是为了配合螺旋桨套体3外径而具体设置，同时，通过所述外支撑管1另一端的管内径上加工的内螺纹可实现外支撑管1和螺旋桨套体3之间的螺纹连接，有效提高本发明的气密性。本实施方式中未提及的构件与具体实施方式一和二的结构及连接关系相同。

具体实施方式四：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8说明本实施方式，本实施方式中所述多个螺旋桨叶片4均布在螺旋桨套体3的外壁上。这样设置的多个螺旋桨叶片4在水洞实验中随水流而旋转的效果更加稳定，便于清晰观察通气航行体模型7在水洞实验中的自旋效果，有利于通气航行体模型7在水洞实验中的研究工作顺利进行。本实施方式中未提及的构件与具体实施方式三的结构及连接关系相同。

具体实施方式五：结合图3、图4、图5、图6、图7和图8说明本实施方式，本实施方式中螺旋桨叶片4为攻角叶片，所述攻角叶片沿螺旋桨套体3的轴线方向倾斜设置，所述螺旋桨叶片4的片体与螺旋桨套体3的轴线方向之间的夹角为α，所述α的取值范围为30°～45°。夹角α的数值可根据通气航行体模型7实际的实验环境以及水洞10内的水流状态来具体设置，增强本发明的灵活性。螺旋桨叶片4的个数可设置为2、4、6、8、10等偶数个。本实施方式中未提及的构件与具体实施方式四的结构及连接关系相同。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式中所述一种水洞实验通气航行体自旋装置还包括固定螺帽6，所述固定螺帽6套装在内支撑管2上且位于第一防水轴承5的外侧。所述固定螺帽6的设置是为了本发明中外支撑管1和内支撑管2之间的连接关系更加牢固稳定。本实施方式中未提及的构件与具体实施方式五的结构及连接关系相同。

具体实施方式七：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8说明本实施方式，本实施方式中所述一种水洞实验通气航行体自旋装置还包括两个橡胶垫片8，所述两个橡胶垫片8中的一个橡胶垫片设置在第一防水轴承5和固定螺帽6之间，所述两个橡胶垫片8中的另一个橡胶垫片设置在第二防水轴承9和螺旋桨套体3之间。

本实施方式中两个橡胶垫片8的设置是为了增强本发明在使用过程中的气密性，防止其在水洞实验中漏水。所述固定螺帽6的设置还可以压紧橡胶垫片8。本实施方式中所述第一防水轴承5的内端面与外支撑管1的内壁间隙设置，间隙处用所述两个橡胶垫片8中的一个橡胶垫片密封；所述第二防水轴承9的外端面与外支撑管1内壁间隙设置，间隙处用所述两个橡胶垫片8中的另一个橡胶垫片密封。本实施方式中未提及的构件与具体实施方式六的结构及连接关系相同。

本发明的装配过程步骤如下：

第一步：将第一防水轴承5安装在外支撑管1的前端，所述第一防水轴承5的外端面与外支撑管1的内壁固定连接为一个整体，用以防水。所述第一防水轴承5的内端面与内支撑管2的外壁间隙设置，用以拆卸。

第二步：将第二防水轴承9安装在内支撑管2的末端，所述第二防水轴承9内壁和内支撑管2的外壁固定连接为一个整体，用以防水。

第三步：将第一步安装完成的外支撑管1，从左向右，套装在第二步安装完成的内支撑管2外，再从左侧套入两个橡胶垫片8中的一个橡胶垫片，用以密封所述第一防水轴承5的内侧交界面，再将固定螺帽6旋入内支撑管2的左侧，用以固定外支撑管1和内支撑管2，同时又可将所述两个橡胶垫片8中的一个橡胶垫片压紧。

第四步：将两个橡胶垫片8中的另一个橡胶垫片从外支撑管1的后端安装进去，用以密封第二防水轴承9的外侧交界面，选择带有多个攻角叶片的螺旋桨套体3，以螺纹的方式连接到外支撑管1的后端，并将两个橡胶垫片8中的另一个橡胶垫片压紧。

第五步：将实验用的通气航行体模型7，以螺纹的方式连接到外支撑管1的前端。整个装置安装完成，在内支撑管2上接好通气管路，并通过第四段管体2-4连接在水洞工作段上即可。

工作原理：水洞实验的时候，靠水洞工作段内部的水流的作用，从而使多个螺旋桨叶片4转动带动螺旋桨套体3转动，依靠螺旋桨套体3的转动带动外支撑管1的转动，通过外支撑管1的传递，带动通气航行体模型7按照设定方向转动即可实现水洞10中通气航行体模型7的自旋状态下的研究工作。

Claims (7)

1.一种水洞实验通气航行体自旋装置，其特征在于：所述一种水洞实验通气航行体自旋装置包括外支撑管(1)、内支撑管(2)、螺旋桨套体(3)、第一防水轴承(5)、第二防水轴承(9)和多个螺旋桨叶片(4)，所述外支撑管(1)的前端与通气航行体模型(7)可拆卸连接，所述外支撑管(1)的后端与螺旋桨套体(3)可拆卸连接，所述螺旋桨套体(3)的外壁上固定连接有多个螺旋桨叶片(4)，所述内支撑管(2)的一端穿过螺旋桨套体(3)设置在外支撑管(1)的内部，所述内支撑管(2)与螺旋桨套体(3)间隙设置，所述内支撑管(2)上从左至右依次套装有第一防水轴承(5)和第二防水轴承(9)，所述外支撑管(1)的前端内壁沿管体的圆周方向加工有一圈第一挡棱(1-1)，所述外支撑管(1)的后端内壁沿管体的圆周方向加工有一圈第二挡棱(1-2)，所述第一防水轴承(5)的后端面与第一挡棱(1-1)相贴紧，所述第二防水轴承(9)的前端面与第二挡棱(1-2)相贴紧。

2.根据权利要求1所述一种水洞实验通气航行体自旋装置，其特征在于：所述内支撑管(2)由第一段管体(2-1)、第二段管体(2-2)、第三段管体(2-3)和第四段管体(2-4)首尾顺次固定连接制为一体，所述第一段管体(2-1)、第二段管体(2-2)和第三段管体(2-3)的外径依次增大，所述第一防水轴承(5)套装在第一段管体(2-1)上，所述第一防水轴承(5)的外端面与外支撑管(1)的内壁固定连接，所述第一防水轴承(5)的内端面与内支撑管(1)的外壁间隙设置；所述第二防水轴承(9)的后端面与第二段管体(2-2)相贴紧，所述第二防水轴承(9)的外端面与外支撑管(1)内壁间隙设置，所述第二防水轴承(9)的内端面与内支撑管(2)的外壁固定连接；所述螺旋桨套体(3)与第二段管体(2-2)间隙设置，所述螺旋桨套体(3)的外侧面与外支撑管(1)内壁可拆卸连接，所述螺旋桨套体(3)的前端面与第二防水轴承(9)相贴紧；所述第三段管体(2-3)为手持部，所述第四段管体(2-4)为外界连接端。

3.根据权利要求1或2所述一种水洞实验通气航行体自旋装置，其特征在于：所述外支撑管(1)一端的管外径为32～36mm且所述管外径上加工有外螺纹，所述外支撑管(1)另一端的管内径为28～32mm且所述管内径上加工有内螺纹。

4.根据权利要求3所述一种水洞实验通气航行体自旋装置，其特征在于：所述多个螺旋桨叶片(4)均布在螺旋桨套体(3)的外壁上。

5.根据权利要求4所述一种水洞实验通气航行体自旋装置，其特征在于：螺旋桨叶片(4)为攻角叶片，所述攻角叶片沿螺旋桨套体(3)的轴线方向倾斜设置，所述螺旋桨叶片(4)的片体与螺旋桨套体(3)的轴线方向之间的夹角为α，所述α的取值范围为30°～45°。

6.根据权利要求5所述一种水洞实验通气航行体自旋装置，其特征在于：所述一种水洞实验通气航行体自旋装置还包括固定螺帽(6)，所述固定螺帽(6)套装在内支撑管(2)上且位于第一防水轴承(5)的外侧。

7.根据权利要求6所述一种水洞实验通气航行体自旋装置，其特征在于：所述一种水洞实验通气航行体自旋装置还包括两个橡胶垫片(8)，所述两个橡胶垫片(8)中的一个橡胶垫片设置在第一防水轴承(5)和固定螺帽(6)之间，所述两个橡胶垫片(8)中的另一个橡胶垫片设置在第二防水轴承(9)和螺旋桨套体(3)之间。