CN105987804A - 高速航体的阻力测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速航体的阻力测量装置和测量方法，该装置包括：高速航体入水系统，用以将航体样品加速到40~400m/s；航体初速度测量系统，用以测量航体样品入水前的速度；航体水下运动速度及流体场测量系统，用以测量航体样品水下运动的速度以及流体场的变化；水箱，用以提供航体样品水下运动的场所。本发明测量装置结构简单，使用方便，测量方法简单易操作，结果准确，可以将现有航体阻力评价手段由低速航体扩展到高速航体，突破了现有低速航体阻力测试的局限，大大拓展了实验室对高速航体阻力的评价手段。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体阻力测试方法及装置，特别涉及一种高速航体的阻力测量装置及测量方法。
背景技术
船舶、舰艇、鱼雷等海中航行体在海洋经济建设和海洋国防中发挥着重要作用。海中航行体的运行速度和能量消耗率是评价其性能的重要指标，运行速度决定着航行体的性能，能量消耗率决定着航行体的续航能力和运行成本。而航行体的运行速度和能量消耗率除了与发动机效率相关外，其最主要的影响因素就是航体在海水中行驶阻力，尤其是高速航体，阻力对发动机效率的影响更为明显。此外，如何降低高速航体的运行阻力，从而提高航体的运动速度，延长单位能量消耗下的航程，是提高涉海装备性能的关键。
要研究航体的运行阻力，就需要搭建相应的阻力测试装置。目前，航体的阻力测量主要集中于低速范围。如专利(CN101832852A)提供一种利用高速水洞测量航体阻力的方法，但是该水洞的流速仅能达到18m/s，低于现有高速船舶的运动速度；专利(CN102288382A、CN103674479A)提供了一种拖曳式航体模型阻力测量方法，但是同样存在只能测量低速航体的阻力这一问题；专利(20110112635.7)提供了一种压差式阻力测量方法，但是该方法适用于管道流阻测试，而不适用于对航体模型或者平板样品进行测试。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高速航体的阻力测量装置及测量方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案包括：
本发明实施例公开了一种高速航体的阻力测量装置，包括：
高速航体入水系统，用以将航体样品加速到40m/s以上，优选为40～400m/s；
航体初速度测量系统，至少用以测量航体样品入水前的速度；
航体水下运动速度及流体场测量系统，至少用以测量航体样品水下运动的速度以及流体场的变化。
进一步的，，在上述的高速航体的阻力测量装置中，还可包括水箱，用以提供航体样品进行水下运动的场所。
优选的，在上述的高速航体的阻力测量装置中，所述的高速航体入水系统包括依次连接的气体压力源、压力仓、开关、拉瓦尔喷管和行程管，所述拉瓦尔喷管的出口端还与一真空泵相连，所述航体样品位于所述行程管内。
优选的，在上述的高速航体的阻力测量装置中，所述行程管具有圆环形的截面，其出口方向与水面呈设定夹角。
优选的，在上述的高速航体的阻力测量装置中，所述航体样品包括圆柱形的主体部，该主体部背离所述拉瓦尔喷管的一端具有球形表面。
优选的，在上述的高速航体的阻力测量装置中，所述压力仓可由聚氯乙烯等材质制成。
优选的，在上述的高速航体的阻力测量装置中，所述航体初速度测量系统可优选自但不限于天幕式测速仪。
优选的，在上述的高速航体的阻力测量装置中，所述航体水下运动速度及流体场测量系统包括高速相机。
相应地，本发明实施例还公开了一种高速航体的阻力测量方法，包括：
提供前述的任一种高速航体的阻力测量装置；以及，
利用高速航体入水系统将航体样品加速到40m/s以上(优选为40～400m/s)，并以设定角度射入水中，且以航体初速度测量系统测量航体样品入水前的速度，
以航体水下运动速度及流体场测量系统测量航体样品水下运动的速度以及流体场的变化，
而后，依据具有相同入水速度的航体样品在水下运动固定距离后的相对速度值及流体场的变化来计算航体样品在水中的运动阻力。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
(1)测量装置设计精巧，结构简单，使用方便，例如，利用拉瓦尔喷管产生高速气体对航体进行加速而实现了高速航体的产生，其以简易加工的聚氯乙烯管材即可构建，同时通过光电测速仪测量航体初速度，不仅操作方便，且结果准确准确，再及，阻力测试方法简易可行，只需利用高速相机测量航体样品水下运动速度及流体场即可计算航体样品的运行阻力；
(2)本发明的测量原理简单、直观，可以将现有航体阻力评价手段由低速航体扩展到高速航体，突破了现有低速航体阻力测试的局限，大大拓展了实验室对高速航体阻力的评价手段。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明典型实施例中高速航体的阻力测量装置的结构示意图；
图2所示为本发明典型实施例中高速航体入水系统的结构示意图；
图3所示为本发明典型实施例中拉瓦尔喷管的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参图1所示，高速航体的阻力测量装置包括高速航体入水系统10、航体初速度测量系统20、航体水下运动速度及流体场测量系统30、以及水箱40。
高速航体入水系统10呈倾斜角度放置，其中心轴线与航体初速度测量系统20的中心轴线保持平行，并且要求从高速航体入水系统10中发射出的航体样品50经过航体初速度测量系统20的光电测试区内。
参图2所示，高速航体入水系统10包括气体压力源11、压力仓12、惯性开关13、拉瓦尔喷管14、真空泵15及行程管16。气体压力源11选择高压空气瓶，压力仓12部件由一段封闭聚氯乙烯管组成，惯性开关13负责压力气体的释放，拉瓦尔喷管14可将高压低速气体转变为高速气体，进而推动航体样品的运动，通过调节压力产生初速度可控的航体样品，行程管16约束航体样品的运动轨迹，保证样品按照设定的轨迹入水。
行程管16具有圆环形的截面，其出口方向与水面呈一定夹角。航体样品50包括圆柱形的主体部，该主体部背离拉瓦尔喷管14的一端具有球形表面。
参图3所示，拉瓦尔喷管14为双锥形结构，可将高压低速气体转变为高速低压气体。
航体样品的初速度通过调节惯性开关的触发压力来控制。航体样品的入水角度通过调节航体入水系统的倾斜角度来控制。
利用高速航体入水系统10，可将航体样品加速到40～400m/s。
航体初速度测量系统20为天幕式测速仪，由光电式测速器组成，通过测量航体样品经过固定距离的时间来计算航体样品的运动速度，测试航体样品入水前的速度。
航体水下运动速度及流体场测量系统30与高速航体入水系统20中心轴线保持垂直。航体水下运动速度和流体场测量系统30由高速相机所组成，通过测量具有一定入水初速度和角度的航体样品在水中运行固定距离后的速度变化及流体场，然后根据航体样品在水中的速度测量结果计算航体样品在水下运动的相对阻力。
上述的高速航体的阻力测量装置的测量方法包括：
将待测的航体样品放置在高速航体入水系统的行程管内，通过高速航体入水系统将航体样品进行加速；随后被加速的航体样品经过航体初速度测量系统测试其入水前的初速度，然后航体样品倾斜入水，依据具有相同入水速度样品在水下运动固定距离后的相对速度值及流体场的变化来计算航体样品在水中的运动阻力。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1. 一种高速航体的阻力测量装置，其特征在于包括：
高速航体入水系统，用以将航体样品加速到40m/s以上；
航体初速度测量系统，至少用以测量航体样品入水前的速度；
航体水下运动速度及流体场测量系统，至少用以测量航体样品水下运动的速度以及流体场的变化。
2. 根据权利要求1所述的高速航体的阻力测量装置，其特征在于所述的高速航体入水系统包括依次连接的气体压力源、压力仓、开关、拉瓦尔喷管和行程管，所述拉瓦尔喷管的出口端还与一真空泵相连，在工作时所述航体样品位于所述行程管内。
3. 根据权利要求2所述的高速航体的阻力测量装置，其特征在于所述行程管具有圆环形截面，其出口方向与水面呈设定夹角。
4. 根据权利要求3所述的高速航体的阻力测量装置，其特征在于所述航体样品包括圆柱形的主体部，该主体部背离所述拉瓦尔喷管的一端具有球形表面。
5. 根据权利要求2所述的高速航体的阻力测量装置，其特征在于所述压力仓的材质至少选自聚氯乙烯。
6. 根据权利要求1所述的高速航体的阻力测量装置，其特征在于所述航体初速度测量系统包括天幕式测速仪。
7. 根据权利要求1所述的高速航体的阻力测量装置，其特征在于：所述航体水下运动速度及流体场测量系统包括高速相机。
8. 根据权利要求1所述的高速航体的阻力测量装置，其特征在于还包括水箱，用以提供航体样品进行水下运动的场所。
9. 一种高速航体的阻力测量方法，其特征在于包括：
提供权利要求1-8中任一项所述的高速航体的阻力测量装置；以及，
利用高速航体入水系统将航体样品加速到40m/s以上，并以设定角度射入水中，且以航体初速度测量系统测量航体样品入水前的速度，
以航体水下运动速度及流体场测量系统测量航体样品水下运动的速度以及流体场的变化，
而后，依据具有相同入水速度的航体样品在水下运动固定距离后的相对速度值及流体场的变化来计算航体样品在水中的运动阻力。
10. 根据权利要求9所述的高速航体的阻力测量方法，其特征在于包括：利用高速航体入水系统将航体样品加速到40~400m/s，并以设定角度射入水中。
Priority Applications (1)
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| CN201510090234.4A CN105987804A (zh) | 2015-02-28 | 2015-02-28 | 高速航体的阻力测量装置及测量方法 |
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| CN201510090234.4A Pending CN105987804A (zh) | 2015-02-28 | 2015-02-28 | 高速航体的阻力测量装置及测量方法 |
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| CN (1) | CN105987804A (zh) |
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| US4836122A (en) * | 1983-09-13 | 1989-06-06 | University Of Bath | Fairing sections |
| CN202221367U (zh) * | 2011-09-14 | 2012-05-16 | 浙江理工大学 | 一种用于水中超空泡及高速物体出入水的发射装置 |
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2015
- 2015-02-28 CN CN201510090234.4A patent/CN105987804A/zh active Pending
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