CN104849020B - 一种水洞试验用空化器动态操纵装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水洞试验用空化器动态操纵装置，包括空化器，所述空化器通过空化器接头、第二铰制螺栓与通气碗的一端铰接，所述通气碗的另一端与一带有内腔的筒体连接，直线电机安装在所述筒体内，所述直线电机的输出端通过直线电机头帽与活塞杆的一端连接，所述活塞杆的另一端通过推杆连接件与活动推杆的一端连接，所述活动推杆的另一端伸出头锥段并通过第一铰制螺栓与空化器滑动连接。本发明结利用紧凑的空间布置实现模型的空化器动态操纵，使得空化器操纵水动力试验可以在成本较低的水洞中进行，与现有的空化器水动力试验模型相比，空化器不用重复加工和拆卸安装，不仅提高试验效率，还降低模型加工成本。

Description

一种水洞试验用空化器动态操纵装置

技术领域

本发明涉及空化器水动力试验领域，尤其涉及一种水洞试验用空化器动态操纵装置。

背景技术

超空泡减阻技术是水下航行体减阻技术的研究前沿，而空化器是超空泡水下航行体的核心部件之一，通常需要在水洞、水池中通过模型试验研究其水动力性能。

目前空化器水动力试验通常在水洞中采用固定的空化器，或在拖曳水池中采用可操纵的空化器，其中拖曳水池试验模型尺度相对较大，更易于布置舵机等操纵部件。但是上述两种试验模型均存在不足：前者试验成本相对较低，但无法捕捉空化器动态操纵的流体动力特性，同时试验中调整空化器的安装角需要加工对应角度空化器部件并重复安装；而后者对水池试验条件具有一定要求，如对水池拖曳机构的速度有一定要求，且要求拖曳水池可减压至一定真空度，难以在基础性试验研究中普遍采用。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种水洞试验用空化器动态操纵装置，利用本发明能在水洞中实现空化器的动态操纵，并实时反馈空化器角度的变化信息。

本发明所采用的技术方案如下：

一种水洞试验用空化器动态操纵装置，包括空化器，所述空化器通过空化器接头、第二铰制螺栓与通气碗的一端铰接，所述通气碗的另一端与一带有内腔的筒体连接，直线电机安装在所述筒体内，所述直线电机的输出端通过直线电机头帽与活塞杆的一端连接，所述活塞杆的另一端通过推杆连接件与活动推杆的一端连接，所述活动推杆的另一端伸出头锥段并通过第一铰制螺栓与空化器滑动连接；在所述活塞杆与直线电机头帽之间还连接位移传感器连接件，位移传感器通过紧固件与所述位移传感器连接件固接。

其进一步技术方案在于：

在所述活塞杆与空化器的连接处还设置滑动槽，所述滑动槽为腰形槽，所述滑动槽的纵向中心线与第一铰制螺栓的中心轴线在同一水平面内；

所述筒体由头锥段、活塞密封段、电机舱段、电机舱尾段互相销接组成；

在所述头锥段内设置气道，多个气孔间隔分布在所述气道上，在所述气道的一端、于所述头锥段的内腔中还安装气密接头，所述气密接头与气道的端部连通；

在所述头锥段内、于所述活动推杆的外周还套接推杆套筒，在所述头锥段内还布置压力传感器；

在所述活塞密封段内、于所述活塞杆的外周还套接活塞杆套筒，在所述活塞杆的外周安装第二O型圈，在所述活塞杆套筒的外周安装第一O型圈；

在所述筒体的尾部还连接天平连接段，在所述天平连接段上开有第三过线孔；所述天平连接段与测力天平连接，在所述测力天平的外周还布置天平遮挡件，所述天平遮挡件的尾部连接尾段连接件，所述尾段连接件通过紧固件与尾支杆固接；

在所述头锥段开有第一过线孔，在所述电机舱尾段上开有第二过线孔；

在所述通气碗的前后两端分别开有槽。

本发明的有益效果如下：

本发明结构简单、使用方便，利用紧凑的空间布置实现模型的空化器动态操纵，使得空化器操纵水动力试验可以在成本较低的水洞中进行，同时本发明用于空化器转角固定的试验时可通过编码程序来实现对空化器角度的调整，通过滑动槽的纵向中心线与第一铰制螺栓的中心轴线设置在同一水平面内，保证了直线电机带动推杆直线运动规律与空化器转动角度规律之间保持简单的换算关系，更利于对空化器转动角度规律的控制。与现有的空化器水动力试验模型相比，空化器不用重复加工和拆卸安装，可提高试验效率，降低模型加工成本。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为本发明的侧视图。

图4为图2在A-A的剖视结构示意图。

图5为图2在B-B的剖视结构示意图。

图6为图2在C-C的剖视结构示意图。

图7为图2在D-D的剖视结构示意图。

图8为图2在E-E的剖视结构示意图。

图9为本发明的局部结构示意图Ⅰ。

图10为本发明的局部结构示意图Ⅱ。

其中：1、空化器；101、滑动槽；2、第一铰制螺栓；3、第二铰制螺栓；4、空化器接头；5、通气碗；501、气孔；502、气道；503、槽；6、活动推杆；7、头锥段；8、推杆套筒；9、推杆连接件；10、第一垫片；11、第一螺母；12、第一螺钉；13、活塞杆；14、活塞杆套筒；15、活塞密封段；16、第一O型圈；17、第二O型圈；18、位移传感器连接件；19、第三O型圈；20、第二螺钉；21、直线电机头帽；22、位移传感器头帽；23、直线电机；24、第二螺母；25、第二垫片；27、电机舱段；28、位移传感器；29、电机舱尾段；30、天平连接段；31、测力天平；32、天平遮挡件；33、尾段连接件；34、尾支杆；35、气密接头；36、压力传感器；37、第一过线孔；38、第二过线孔；39、定位销；40、第三过线孔。

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1、图9所示，一种水洞试验用空化器动态操纵装置包括空化器1，空化器1通过空化器接头4、第二铰制螺栓3与通气碗5的一端铰接，通气碗5的另一端与一带有内腔的筒体连接，直线电机23安装在筒体内，如图2、图4、图5、图6、图7及图8所示，筒体由头锥段7、活塞密封段15、电机舱段27、电机舱尾段29组成，上述头锥段7、活塞密封段15、电机舱段27、电机舱尾段29均通过定位销39连接。直线电机23的输出端通过直线电机头帽21、第二螺钉20与活塞杆13的一端固接，活塞杆13的另一端通过推杆连接件9、第一螺钉12与活动推杆6的一端连接，如图1所示，活动推杆6伸出推杆连接件9的一端通过第一螺母11、第一垫片10固定，活动推杆6的另一端伸出头锥段7并通过第一铰制螺栓2与空化器1滑动连接，如图9所示，在活塞杆13与空化器1的连接处还设置滑动槽101，滑动槽101为腰形槽，滑动槽101的纵向中心线与第一铰制螺栓2的中心轴线处于同一水平面上，保证了直线电机带动推杆直线运动规律与空化器转动角度规律之间保持简单的换算关系，更利于对空化器转动角度规律的控制。如图1、图10所示，在活塞杆13与直线电机头帽21之间还连接位移传感器连接件18，位移传感器28通过第二螺母24、第二垫片25、位移传感器头帽22与位移传感器连接件18固接。

如图1、图9所示，在头锥段7内设置气道502，多个气孔501间隔分布在气道502上，在气道502的一端、于头锥段7的内腔中还安装气密接头35，气密接头35与气道502的端部连通。如图9所示，在通气碗5的前后两端分别开有槽503，该槽503与气孔501相连通。如图1、图10所示，在上述头锥段7内、于活动推杆6的外周还套接推杆套筒8，在头锥段7内还布置压力传感器36，推杆套筒8起限制活动推杆6作轴向直线运动的作用，压力传感器36用于测试模型表面压力，在超空泡试验下即为泡内压力。

如图10所示，在活塞密封段15内、于活塞杆13的外周还套接活塞杆套筒14，在活塞杆13的外周安装第二O型圈17，在活塞杆套筒14的外周安装第一O型圈16。如图1、图2、图3及图8所示，在筒体的尾部还连接天平连接段30，在天平连接段30上开有第三过线孔40；天平连接段30与测力天平31连接，测力天平31用于测量模型整体受到的水动力（例如阻力、升力和弯矩），在测力天平31的外周还布置天平遮挡件32，天平遮挡件32防止来流干扰天平测力，天平遮挡件32的尾部连接尾段连接件33，尾段连接件33通过紧固件与尾支杆34固接，同时尾支杆34固定在水洞的尾支撑架上。在上述头锥段7开有第一过线孔37，在电机舱尾段29上开有第二过线孔38，在电机舱段27的外周还布置第三O型圈19。

上述直线电机23和位移传感器28分别布置在电机舱段27内，活塞杆13贯穿活塞密封段15和头锥段7，活动推杆6的一端伸出头锥段7。

上述空化器1是超空泡的发生器，气体由连接在气密接头35上的软管通入，软管从第一过线孔37穿出模型，绕过由第一O型圈16、第二O型圈17密封的电机舱段27，再由第二过线孔38进入电机舱尾段29，经过第三过线孔40后与其他需要排布的导线一起从尾支杆34中间的通孔穿出，接入外接气源。

如图1所示，上述第一铰制螺栓2与第二铰制螺栓3的中心位于同一纵轴线上，便于活动推杆6与空化器1转动角度关系的确定，有效的控制了空化盘的运动规律，控制结合运动。

本发明的具体工作过程如下：

在试验过程中，气源通过管路由通气碗5内的气道502、气孔501及槽503喷出，并通入到空化器1后方的模型表面，在一定来流条件下形成超空泡，直线电机23由外接编码器编程后执行动作，直线电机23的输出端通过直线电机头帽21带动活塞杆13作直线运动，活塞杆13与活动推杆6通过推杆连接件9固接，因此带动活动推杆6也做直线运动，由于活动推杆6通过第一铰制螺栓2与空化器1上的滑动槽101连接，由此将活动推杆6的直线运动转变为空化器1的转动运动，同时直线电机头帽21通过位移传感器连接件18带动位移传感器28动作，由位移传感器28反馈的位移信息可以换算获得空化器转动角度的变化过程，当活动推杆6向左作直线运动时，将带动空化器1作逆时针转动，反之，当活动推杆6向右作直线运动时，将带动空化器1作顺时针运动，直线电机23与一般电机相比无需减速器及齿轮传动装置，配合活动推杆6及滑动槽101保证了在较为紧凑的空间内实现对空化器1的动态操纵，利用本发明可以同步测量获得：泡内压力、模型整体受到的阻力、升力和弯矩以及空化器转角随时间的变化。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种水洞试验用空化器动态操纵装置，其特征在于：包括空化器（1），所述空化器（1）通过空化器接头（4）、第二铰制螺栓（3）与通气碗（5）的一端铰接，所述通气碗（5）的另一端与一带有内腔的筒体连接，所述筒体由头锥段（7）、活塞密封段（15）、电机舱段（27）、电机舱尾段（29）互相销接组成；直线电机（23）安装在所述筒体内，所述直线电机（23）的输出端通过直线电机头帽（21）与活塞杆（13）的一端连接，所述活塞杆（13）的另一端通过推杆连接件（9）与活动推杆（6）的一端连接，所述活动推杆的另一端伸出头锥段（7）并通过第一铰制螺栓（2）与空化器（1）滑动连接；在所述活塞杆（13）与直线电机头帽（21）之间还连接位移传感器连接件（18），位移传感器（28）通过紧固件与所述位移传感器连接件（18）固接；在所述活动推杆（6）与空化器（1）的连接处还设置滑动槽（101），所述滑动槽（101）为腰形槽，所述滑动槽（101）的纵向中心线与第一铰制螺栓（2）的中心轴线在同一水平面内。

2.如权利要求1所述的一种水洞试验用空化器动态操纵装置，其特征在于：在所述头锥段（7）内设置气道（502），多个气孔（501）间隔分布在所述气道（502）上，在所述气道（502）的一端、于所述头锥段（7）的内腔中还安装气密接头（35），所述气密接头（35）与气道（502）的端部连通。

3.如权利要求1所述的一种水洞试验用空化器动态操纵装置，其特征在于：在所述头锥段（7）内、于所述活动推杆（6）的外周还套接推杆套筒（8），在所述头锥段（7）内还布置压力传感器（36）。

4.如权利要求1所述的一种水洞试验用空化器动态操纵装置，其特征在于：在活塞密封段（15）内、于所述活塞杆（13）的外周还套接活塞杆套筒（14），在所述活塞杆（13）的外周安装第二O型圈（17），在所述活塞杆套筒（14）的外周安装第一O型圈（16）。

5.如权利要求1所述的一种水洞试验用空化器动态操纵装置，其特征在于：在所述筒体的尾部还连接天平连接段（30），在所述天平连接段（30）上开有第三过线孔（40）；所述天平连接段（30）与测力天平（31）连接，在所述测力天平（31）的外周还布置天平遮挡件（32），所述天平遮挡件（32）的尾部连接尾段连接件（33），所述尾段连接件（33）通过紧固件与尾支杆（34）固接。

6.如权利要求2所述的一种水洞试验用空化器动态操纵装置，其特征在于：在所述头锥段（7）开有第一过线孔（37），在所述电机舱尾段（29）上开有第二过线孔（38）。

7.如权利要求1所述的一种水洞试验用空化器动态操纵装置，其特征在于：在所述通气碗（5）的前后两端分别开有槽（503）。