CN107607292B - 一种高速入水砰击试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体力学领域，尤其涉及一种高速入水砰击试验装置，解决了现有技术中不能同时控制速度和入水角度的问题，包括水槽，基座，步进电机，悬臂，入水物体，入水连接结构，销钉，螺母和刻度盘。基座固定在水槽的框架上侧的一端；步进电机固定在基座上；悬臂的一端安装在步进电机的转子上，悬在水槽另一端的上方，另一端和刻度盘通过销钉和螺母与入水连接结构同轴连接，入水连接结构的下方连接入水物体。本发明结构简单，系统稳定性强，易操作，既控制了速度实现了高速入水，还能够控制入水角度，丰富了实验条件，降低了实验成本，为科学实验提供了方便，在入水砰击问题的研究中能够发挥巨大的作用。

Description

一种高速入水砰击试验装置

技术领域

本发明属于流体力学领域，尤其涉及一种高速入水砰击试验装置。

背景技术

水上飞机和宇宙飞船的水上着落、空投鱼雷的入水冲击、船舶在风浪中的砰击和海上救生艇的抛落等过程中，会激起周围流体介质的运动；反过来，流体介质对结构又施加各种反作用力。特别是在入水冲击初期瞬态间过程中会遭受巨大的冲击载荷。这就涉及到结构人水冲击动力学问题。人水问题的研究对入水结构强度的设计起着重要作用：如空投或火箭助飞的水中兵器从空气介质侵入到流体介质的过程中，面临着冲击后结构损坏器件失灵、忽扑和弹道失控等问题，高速船舶在航行过程中会受到很大的流体砰击载荷作用。可能导致局部结构失效。因此，入水冲击技术研究具有重要的工程应用背景，随着现代军事和民用航空航海领域的发展，得到了越来越多的关注，海洋结构物入水砰击是船舶与海洋工程领域的一个研究热点。入水过程是一个十分复杂的物理现象。理论分析相当困难。实验研究作为一种直接有效的研究手段，对入水砰击问题有着良好的适用性。目前，根据入水前海洋结构物运动形式的不同，入水砰击主要可分为自由落体入水、匀速入水、强迫运动入水三种形式。不同的入水形式对考验着抛载机构的运动和控制能力。过去，抛载机构往往只能单一的工作模式，这极大的提高了实验成本。

入水砰击是流体力学领域研究的热点问题，是高速物体入水、船艏砰击、高速船兴波等复杂流体问题中的一个重要研究内容。由于入水砰击存在入水时间短，入水速度和角度变化多样的特点，对入水投放装置的投放形式和运动精度提出了较高的要求。目前存在的几类入水投放装置，往往功能比较单一，只能完成简单的自由落体或匀速落体运动，很难满足高速入水和多角度入水的要求，在具体试验中往往需要设计多套装置来满足不同类型实验的需要，大大增加了试验成本。

专利号CN104697737A的专利一种海洋结构物入水砰击实验装置,包括结构物、动力系统、抛载系统、控制与测量系统、缓冲系统和基座，所述动力系统主要包括电机座、丝杠、竖直导轨、光轴和丝杠；所述抛载系统包括一级抛载滑架、二级抛载滑架、电磁铁和滑块；所述控制与测量系统主要包括计算机、数据采集器、稳压直流电源和上下限位开关，所述缓冲系统包括缓冲基座、弹簧减震器和缓冲平台,控制与测量系统通过电机运动及电磁铁磁力进行控制，实现一次抛载及二次抛载，结构物落入水中，安装在结构物上的压力传感器将测量数据通过数据采集器传回计算机。本发明装置结构简单，操作方便，运动平稳，适用于各类海洋结构物入水砰击实验。但是结构过于复杂，系统稳定性差，可操作性不强。

发明内容

本发明的目的在于提供满足高速入水要求，入水角度可调节的一种高速入水砰击试验装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种高速入水砰击试验装置，包括水槽1，基座2，步进电机3，悬臂4，入水物体5，入水连接结构6，销钉7，螺母8和刻度盘9。基座2固定在水槽1的框架上侧的一端；步进电机3固定在基座2上；悬臂4的一端安装在步进电机3的转子上，悬在水槽1另一端的上方，另一端和刻度盘9通过销钉7和螺母8与入水连接结构6同轴连接，入水连接结构6的下方连接入水物体5。

基座2由基座斜撑2-1，竖直板2-2，水平底板2-3，基座固定孔2-4，电机安装孔2-5组成，竖直板2-2与水平底板2-3垂直，基座固定孔2-4均布在水平底板2-3两端，竖直板2-2上有电机安装孔2-5。

入水连接结构6，包括指针6-1，U型连接件6-2，入水物体连接件6-3。指针6-1固定在U型连接件6-2上。

刻度盘9和指针6-1，安装在销钉7的同侧，且当入水连接结构水平放置时，指针指向水平方向。

本发明的有益效果为：

本发明结构简单，系统稳定性强，易操作，既控制了速度实现了高速入水，还能够控制入水角度，丰富了实验条件，降低了实验成本，为科学实验提供了方便，在入水砰击问题的研究中能够发挥巨大的作用。

附图说明

图1是一种高速入水砰击试验装置的立体图；

图2是悬臂，入水物体和入水连接结构的连接关系示意图；

图3是一种高速入水砰击试验装置的正视图；

图4是一种高速入水砰击试验装置的工作图；

图5是基座示意图；

图6是入水连接结构的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

如图1，一种高速入水砰击试验装置，包括水槽1，基座2，步进电机3，悬臂4，入水物体5，入水连接结构6，销钉7，螺母8和刻度盘9。基座2固定在水槽1的框架上侧的一端；步进电机3固定在基座2上；悬臂4的一端安装在步进电机3的转子上，悬在水槽1另一端的上方，如图2，悬臂4另一端和刻度盘9通过销钉7和螺母8与入水连接结构6同轴连接，入水连接结构6的下方连接入水物体5。

如图5，基座2由基座斜撑2-1，竖直板2-2，水平底板2-3，基座固定孔2-4，电机安装孔2-5组成。竖直板2-2与水平底板2-3垂直，基座固定孔2-4均布在水平底板2-3两端，竖直板2-2上有电机安装孔2-5。

如图6，入水连接结构6，包括指针6-1，U型连接件6-2，入水物体连接件6-3。指针6-1固定在U型连接件6-2上。

刻度盘9和指针6-1，安装在销钉7的同侧，且当入水连接结构水平放置时，指针指向水平方向。

水槽提供试验环境，基座为步进电机提供支撑；步进电机提供动力，同时用于控制入水速度；悬臂传递并放大步进电机转速，把步进电机转速转化成入水物体的速度；入水连接结构用于连接悬臂和入水物体，指针6-1结合刻度盘9用于调节物体入水角度，且入水连接结构水平放置时，指针指向水平方向。

基座固定安装在水槽上，步进电机固定安装在基座的竖直板上，步进电机转轴为水平状态；如图3和图4，悬臂水平放置，悬臂的一端固定安装在步进电机的转子上，悬臂的另一端与入水连接结构安装在一起，刻度盘固定安装在悬臂远离步进电机的一端，且与销钉7同心，0°指向水平方向；入水连接结构安装在悬臂远离步进电机的一端，通过指针与刻度盘调整好入水角度后，通过销钉和螺母把悬臂与入水连接结构固定安装；入水物体固定安装在入水连接结构上的入水物体连接件上。

本发明装置的工作过程如下：

步骤(1)：调整水槽1内的水线10位置，使水线10与入水物体5的最下端重合；

步骤(2)：步进电机的转速*2π*悬臂长度＝入水速度，由上式计算步进电机转速，再调整入水角度；

步骤(3)：使步进电机反转一定缓冲角度，使入水物体远离水面；

步骤(4)：设定步进电机转速和转动范围；

步骤(5)：启动步进电机，入水物体完成入水过程，试验完成。

本发明的结构简单，系统的稳定性强，易操作，既控制了速度实现了高速入水，还能够控制入水角度，丰富了实验条件，降低了实验成本，为科学实验提供了方便，在入水砰击问题的研究中能够发挥巨大的作用。

这里必须指出的是，本发明给出的其他未说明的结构因为都是本领域的公知结构，根据本发明所述的名称或功能，本领域技术人员就能够找到相关记载的文献，因此未做进一步说明。

Claims (4)

1.一种高速入水砰击试验装置,包括水槽(1)，基座(2)，步进电机(3)，悬臂(4)，入水物体(5)，入水连接结构(6)，销钉(7)，螺母(8)和刻度盘(9)；其特征在于基座(2)固定在水槽(1)的框架上侧的一端；步进电机(3)固定在基座(2)上；悬臂(4)的一端安装在步进电机(3)的转子上，悬在水槽(1)另一端的上方，悬臂(4)另一端和刻度盘(9)通过销钉(7)和螺母(8)与入水连接结构(6)同轴连接，入水连接结构(6)的下方连接入水物体(5)。

2.根据权利要求1所述的一种高速入水砰击试验装置，其特征在于：所述的基座(2)由基座斜撑(2-1)，竖直板(2-2)，水平底板(2-3)，基座固定孔(2-4)，电机安装孔(2-5)组成，竖直板(2-2)与水平底板(2-3)垂直，基座固定孔(2-4)均布在水平底板(2-3)两端，竖直板(2-2)上有电机安装孔(2-5)。

3.根据权利要求1所述的一种高速入水砰击试验装置，其特征在于：所述的入水连接结构(6)，包括指针(6-1)，U型连接件(6-2)和入水物体连接件(6-3)；指针(6-1)固定在U型连接件(6-2)上。

4.根据权利要求1所述的一种高速入水砰击试验装置，其特征在于：所述的刻度盘(9)和指针(6-1)，安装在销钉(7)的同侧，且当入水连接结构水平放置时，指针指向水平方向。