CN106323590A - 物体稳定多角度入水实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水力学实验模型设施，具体涉及一种物体稳定多角度入水实验装置，包括透明水箱、电磁释放装置以及数据采集系统，电磁释放装置包括支撑柱和竖直杆，竖直杆的一端通过第一铰接头与横向支撑杆铰接连接，另一端通过第二铰接头与底部吸附有入水物体的电磁铁块铰接连接。横向入水角度调节指针和纵向入水角度调节指针均竖直固定在竖直杆不同侧面上，横向入水角度量角器固定设置在横向支撑杆上，纵向入水角度量角器固定设置在电磁铁块上，电磁释放装置通过电缆与工控计算机相连。数据采集系统包括由工控计算机控制的同步仪、激光发射器、高速摄像仪和高速照相机。本发明可稳定释放不同形状的入水物体，且可精确控制物体的入水角度。

Description

物体稳定多角度入水实验装置

技术领域

本发明属于水力学实验模型设施，具体涉及一种物体稳定多角度入水实验装置。

背景技术

物体出入水问题广泛存在于军事、工程、日常生活等众多领域，如潜射导弹、反潜导弹、高速鱼雷、返回舱入水、潜艇入水、飞机水面迫降、运动员跳水等，在理论研究和实际应用方面均具有重要价值，一直以来都是船舶和海洋工程领域中十分重要的研究课题。出入水过程虽然只是一个非常短暂的瞬态过程，但这个短暂的过程特点明显，涉及强非线性自由面运动及破碎、湍流与漩涡、物体的运动与变形、物体与水的耦合相互作用等，在很大程度上决定了运动体是否能稳定的从一种介质进入到另一种介质，使得此过程在运动体整个运动过程中占有极其重要的地位。由于出入水问题涉及到的运动十分复杂，现有的理论分析方法不能很好地对此物理过程准确分析，因此目前主要采用大量实验研究数据和数值模拟技术来获得近似数据。实验研究所得数据常常被用来与数值模拟结果对比，以验证数值模拟技术的准确性。因此对出入水问题的实验室实验研究对出入水过程的研究来说具有不可取代的作用。1983年，Greenhow和Lin等利用机械夹持装置进行了水平圆柱入水和楔形体入水实验，1996年Glasheen和Mcmahon利用导轨开展了圆盘入水实验。然而，现有的物体入水实验装置大都采用简单的机械夹持装置而出水一般采用绳索牵引方式，在物体入水前的机械释放过程往往不可避免的伴随着机械振动，而此机械振动对物体入水的倾角将产生严重影响。为了减小震荡，每次实验前又要花费大量时间来降低入水物体的晃动，大大影响实验效率。此外，目前的实验装置仅针对单一形状物体入水，且物体的入水倾角往往是固定的，当需要研究不同形状的物体的入水问题或者需要改变物体的入水倾角时，往往只能更换实验装置，费时费力，大大影响实验效率。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种物体稳定多角度入水实验装置，其可稳定释放不同形状的入水物体，且可精确控制物体的入水角度。

为解决上述技术问题，本发明包括透明水箱、设置于透明水箱上方的电磁释放装置以及由工控计算机控制连接的数据采集系统，所述电磁释放装置包括固定设置于横向支撑杆上的横向入水角度量角器，所述横向支撑杆与竖直杆的一端活动连接，所述竖直杆的另一端与电磁铁块活动连接，电磁铁块上固定设置有纵向入水角度量角器。

进一步的，与所述横向入水角度量角器相配合的横向入水角度调节指针和与纵向入水角度量角器相配合的纵向入水角度调节指针竖直固定在竖直杆的不同侧面上。

进一步的，所述横向支撑杆的一端与竖直杆的一端通过第一铰接头铰接连接，竖直杆的另一端通过第二铰接头与电磁铁块铰接连接，横向支撑杆的另一端与可拆卸套接设置在支撑柱上的升降套筒固定连接。

进一步的，所述数据采集系统包括由工控计算机控制连接的同步仪、激光发射器、高速摄像仪和高速照相机。

进一步的，所述透明水箱放置在支架上，所述激光发射器通过激光导臂将激光发射头置于透明水箱正下方。

进一步的，所述电磁铁块吸附有入水物体，所述入水物体为铁质或者内部嵌有铁块的楔形体、柱体、球体、锥体或其他不规则形状的物体。

进一步的，所述透明水箱为玻璃水箱或者透明塑料水箱。

本发明的有益效果如下：

1.本发明入水物体的释放装置采用电磁控制式，入水物体吸附端设为铁质或内部嵌有铁块的其他材质。当电磁铁块通电时可将入水物体吸附，断电后，电磁铁块失去电磁吸附力，入水物体瞬间下落，稳定落入水中，有效避免了机械释放过程中入水物体的晃动及倾角的改变，有效保证实验的准确性。且电磁释放装置对入水物体的形状没有要求，只要入水物体可被电磁吸附即可，因此在同一实验中，可随时根据需要将不同形状的入水物体吸附在电磁铁块，无需更换实验装置，使得实验过程更加高效便捷。

2.本发明所述横向入水角度调节指针和纵向入水角度调节指针均竖直固定在竖直杆上，与横向入水角度调节指针相配合的横向入水角度量角器固定设置在横向支撑杆上，与纵向入水角度调节指针相配合的纵向入水角度量角器固定设置在电磁铁块上。因此，本发明可在纵向和/或横向两个维度上准确调节入水角度，可顺利开展物体多角度入水实验。

3.本发明所述支撑柱上通过螺栓可拆卸套接设置有升降套筒，所述横向支撑杆的一端焊接在升降套筒上，通过升降套筒可调节电磁铁块的高度，从而可间接对入水物体的入水速度进行有效调节。

4. 本发明所述数据采集系统还包括与工控计算机相连接的同步仪，通过同步仪控制电磁式释放装置、高速摄影仪、高速照相机同时工作，可有效提高实验的精确度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2是本发明横向调节入水物体角度示意图；

图3是本发明纵向调节入手物体角度示意图；

图4是本发明纵向调节入手物体角度后视图。

其中，1是电磁铁块；2是纵向入水角度量角器；3是竖直杆；4是横向入水角度量角器；5是横向支撑杆；6是螺栓；7是入水物体；8是透明水箱；9是激光发射头；10是激光导臂；11是激光发射器；12是工控计算机；13是升降套筒；14是支撑柱；15是同步仪；16是高速摄像仪；17是高速照相机；18是横向入水角度调节指针；19是第一铰接头；20是第二铰接头；21是纵向入水角度调节指针。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括透明水箱8、电磁释放装置以及数据采集系统，其中透明水箱8为玻璃水箱或者透明塑料水箱，该透明水箱8放置在支架上，使得透明水箱8的底部距离地面一定的高度。电磁释放装置主要包括支撑柱14、横向支撑杆5、竖直杆3、电磁铁块1、横向入水角度调节指针18、横向入水角度量角器4、纵向入水角度调节指针21和纵向入水角度量角器2，其中支撑柱14下端固定在地面上或者固定在支架上，支撑柱14上部通过螺栓6可拆卸套接设置有升降套筒13，拧开螺栓6后升降套筒13可沿支撑柱14上下移动，至合适位置后，可拧紧螺栓6将升降套筒13锁定在该位置。横向支撑杆5的一端焊接在升降套筒13上，另一端与竖直杆3的一端通过第一铰接头19铰接连接，竖直杆3的另一端通过第二铰接头20与电磁铁块1铰接连接。通电后，电磁铁块1对铁质及其他电磁吸附材质的物体显现出强烈的吸附性能，断电后，电磁铁块1失去吸附性能，被吸附物瞬间下落。如果入水物体为非电磁吸附材料制成的，则可以在该结构中镶嵌部分电磁材料以保证实验的顺利进行。因而，本发明中入水物体7的形状结构不受限制，可以为楔形体、柱体、球体、锥体或其他不规则形状的物体，只要入水物体7存在由电磁吸附材质制成的部分即可。为保证良好的吸附效果，入水物体7与电磁铁块1的接触面最好为平面，以使二者具有较大的接触面积。如图1和图2所示，横向入水角度调节指针18竖直固定在竖直杆3的正面，与横向入水角度调节指针18相配合的横向入水角度量角器4水平固定设置在横向支撑杆5上，当竖直杆3处于竖直状态时，横向入水角度调节指针18恰好指向横向入水角度量角器4的中央刻度即零刻度。如图3和图4所示，纵向入水角度调节指针21竖直固定在竖直杆3的侧面，即横向入水角度调节指针18和纵向入水角度调节指针21设置在竖直杆3的不同侧面上，以使角度的调节更加方便。与纵向入水角度调节指针21相配合的纵向入水角度量角器2固定设置在电磁铁块1侧壁上，当竖直杆3与电磁铁块1处于垂直状态时，纵向入水角度调节指针21恰好指向纵向入水角度量角器2的中央刻度即零刻度。

如图1所示，本发明数据采集系统包括由工控计算机12控制的激光发射器11、高速摄像仪16和高速照相机17，其中激光发射器11通过激光导臂10将激光发射头9置于透明水箱8下方正对入水物体7的位置或者置于其他实验所需要的位置。电磁铁块1通过电缆与工控计算机12相连接，因而整个电磁释放装置也可由工控计算机12控制。为进一步提高实验的精确度，本发明采用同步仪15，激光发射器11、高速摄像仪16、高速照相机17、电磁释放装置以及工控计算机12均连入该同步仪15，同步仪15，可控制高速摄像仪16、高速照相机17和电磁释放装置同时工作，使得实验结果更加准确可靠。

实验准备阶段，根据所需要的物体入水速度调节升降套筒13在支撑柱14上的高度，调节至合适高度时，拧紧螺栓6将升降套筒13固定在支撑柱14上。由工控电脑12控制电磁铁块1通电并将入水物体7依靠电磁力吸附于电磁铁块1。调整激光发射头9的位置使其正对入水物体7。拧开第一铰接头19，正面转动竖直杆3调节到横向入水角度调节指针18指向横向入水角度量角器4上实验所需横向入水角度时，停止调节并锁死第一铰接头19。拧开第二铰接头20，侧面转动电磁铁块1，此时纵向入水角度量角器2随电磁铁块1同时转动，当设置在竖直杆3侧面的纵向入水角度调节指针21指向实验所需要的纵向入水角度时，停止转动电磁铁块1并锁死第二铰接头20。从而完成了对横向入水角度和纵向入水角度的调节。

实验开始时，通过工控计算机12控制打开激光发射器11，激光通过激光导臂10和激光发射头9打到水箱中。待激光稳定后，工控计算机12通过同步仪15控制电磁释放装置、高速摄影仪16和高速照相机17同时工作，工控计算机12开始采集数据，入水物体7被释放并稳定落入水中，待达到预定时间后，关闭高速摄影仪16和高速照相机17，实验完成，后续对所采集数据进行处理即可。

Claims (7)

1.物体稳定多角度入水实验装置，其特征在于包括透明水箱（8）、设置于透明水箱（8）上方对的电磁释放装置以及由工控计算机（12）控制连接的数据采集系统，所述电磁释放装置包括固定设置于横向支撑杆（5）上的横向入水角度量角器（4），所述横向支撑杆（5）与竖直杆（3）的一端活动连接，所述竖直杆（3）的另一端与电磁铁块（1）活动连接，电磁铁块（1）上固定设置有纵向入水角度量角器（2）。

2.根据权利要求1所述的物体稳定多角度入水实验装置，其特征在于与所述横向入水角度量角器（4）相配合的横向入水角度调节指针（18）和与纵向入水角度量角器（2）相配合的纵向入水角度调节指针（21）竖直固定在竖直杆（3）的不同侧面上。

3.根据权利要求1所述的物体稳定多角度入水实验装置，其特征在于所述横向支撑杆（5）的一端与竖直杆（3）的一端通过第一铰接头（19）铰接连接，竖直杆（3）的另一端通过第二铰接头（20）与电磁铁块（1）铰接连接，横向支撑杆（5）的另一端与可拆卸套接设置在支撑柱（14）上的升降套筒（13）固定连接。

4.根据权利要求1所述的物体稳定多角度入水实验装置，其特征在于所述数据采集系统包括由工控计算机（12）控制连接的同步仪（15）、激光发射器（11）、高速摄像仪（16）和高速照相机（17）。

5.根据权利要求4所述的物体稳定多角度入水实验装置，其特征在于所述透明水箱（8）放置在支架上，所述激光发射器（11）通过激光导臂（10）将激光发射头（9）置于透明水箱（8）正下方。

6.根据权利要求1至5所述的任一物体稳定多角度入水实验装置，其特征在于所述电磁铁块（1）吸附有入水物体（7），所述入水物体（7）为铁质或者内部嵌有铁块的楔形体、柱体、球体、锥体或其他不规则形状的物体。

7.根据权利要求6所述的物体稳定多角度入水实验装置，其特征在于所述透明水箱（8）为玻璃水箱或者透明塑料水箱。