CN107907300B - 一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，装置包括前底座、后底座、传感器板、角度传感器、导轨、伸缩板、平动板和驱动机构；传感器板为U字型板状结构，传感器板的前端与前底座连接，导轨固定连接在传感器板的内测，伸缩板嵌入传感器板内部与导轨滑动配合，伸缩板一端与平动板活动连接，平动板与后底座的表面为滑动配合；角度传感器安装在传感器板的表面，驱动机构根据外部指令以及角度传感器测得的角度值计算出控制量并沿水平方向驱动伸缩板与平动板的连接点左右移动，实现传感器板表面与水平面夹角的变化。装置能够实现扩张流道角度改变，满足对附着型空穴断裂及空泡脱落机制转捩及泡状流激波机制产生的研究需求。

Description

一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置

技术领域

本发明涉及一种水洞实验用收缩扩张流道角度自动调节驱动系统，属于船舶与水下航行器工程、水利水电工程技术领域。

背景技术

空化是高速水动力学关键科学问题，空化流动是一种包含剧烈相变过程的复杂多相湍流流动，具有强烈的非定常特性，空化的发生会造成剧烈的振动、噪声、压力脉动等，造成机械部件的空蚀破坏。是以核动力潜艇为代表的大型水下作战平台和潜射战略核导弹、高速鱼雷和超高速射弹为代表的水中兵器系统等海战装备水动力创新发展的核心关键技术问题。收缩扩张流道是广泛应用于石油、化工、冶金、电力等行业的流体控制和计量单元，是空化流动机理研究最常见的研究对象。

实验表明，附着型非定常空化流动存在两种不同的机制，即回射流主导机制和泡状流激波主导机制，两种机制之间存在转捩。研究表明，相对于回射流机制，泡状流激波机制会产生更加剧烈的振动、噪声和压力脉动，其危害更为严重。理论计算指出，空化溃灭过程会产生激波和高速射流，尤其是在云状空化阶段，脱落空化云团在高压区的溃灭会产生强烈的激波，激波的产生及其在空化区域的传播是空化流动不稳定性的重要来源。空化流动中，压力分布关系到空化的非定常演化过程，通过研究流道内压力分布对附着型空穴断裂及空泡脱落回射流机制和泡状流激波机制的影响，探究激波产生原因，进而对泡状流激波机制进行规避，对于水力机械设计优化具有重要意义；同时，设计易发生泡状流激波的几何形状，在污水净化等空化利用领域具有重大的实用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，装置能够实现扩张流道角度改变，满足对附着型空穴断裂及空泡脱落机制转捩及泡状流激波机制产生的研究需求。

一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，该装置包括前底座、后底座、传感器板、角度传感器、导轨、伸缩板、平动板和驱动机构；

所述传感器板为U字型板状结构，两个互相平行的侧板一长一短；

所述传感器板的前端与前底座活动连接，所述导轨固定连接在传感器板的短侧板的内表面，所述伸缩板嵌入传感器板内部与长侧板内表面贴合并与导轨滑动配合，伸缩板位于传感器板外侧一端与平动板活动连接，平动板与后底座的表面为滑动配合；角度传感器安装在传感器板的表面，所述驱动机构根据外部指令以及角度传感器测得的角度值计算出控制量并沿水平方向驱动伸缩板与平动板的连接点左右移动，实现传感器板表面与水平面夹角的变化。

进一步地，所述驱动机构包括电机、光杆、丝杠和滑块，两根所述光杆水平固定连接在前底座和后底座之间，所述电机固定连接在两根光杆之间，电机的输出轴通过减速器连接丝杠的一端，丝杠另一端通过轴承安装在后底座上，所述滑块中部的螺纹孔与丝杠配合，滑块两侧的光孔分别与光杆滑动配合，所述滑块与伸缩板和平动板的连接点固定连接。

进一步地，为了保证流道底部的密封性能，所述传感器板与前底座的连接处设有第一密封件，所述伸缩板与平动板的连接处设有第二密封件。

进一步地，所述传感器板与前底座通过第一转轴活动连接，所述伸缩板与平动板通过第二转轴活动连接。

进一步地，所述伸缩板可根据实际情况采用多级设计，实现更大角度范围的调节。

有益效果：

本发明通过电机驱动丝杠螺母副的形式由滑块带动伸缩板在直线运动的同时发生同步转动，伸缩板与传感器板配合实现扩张流道角度改变，运动方式简单可靠，不用重复加工和拆卸安装实验模型就可实现不同扩张流道角度的改变，不仅提高试验效率，还降低模型加工成本。

附图说明

图1是本发明一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置结构示意图；

图2是本发明一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置局部剖视图。

其中，1-水洞实验段，2-玻璃面板，3-第一密封件，4-伸缩板，5-角度传感器，6-导轨，7-传感器板，8-第二密封件，9-滑块，10-丝杠，11-电机，12-光杆，13-前底座，14-第一转轴，15-第二转轴，16-后底座，17-平动板。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，该装置包括前底座13、后底座16、传感器板7、角度传感器5、导轨6、伸缩板4、平动板17和驱动机构；

其中，驱动机构包括电机11、光杆12、丝杠10和滑块9，两根光杆12水平固定连接在前底座和后底座之间，电机11固定连接在两根光杆12之间，电机11的输出轴通过减速器连接丝杠10的一端，丝杠10另一端通过轴承安装在后底座16上，滑块9中部的螺纹孔与丝杠螺纹10配合，滑块9两侧的光孔分别与光杆12滑动配合，

传感器板7为U字型板状结构，两个互相平行的侧板一长一短，角度传感器5安装在传感器板7的表面；

如附图2所示，传感器板7的前端与前底座13通过第一转轴14活动连接，连接处通过第一密封件3进行动密封；导轨6固定连接在传感器板7的短侧板的内表面，伸缩板4嵌入传感器板7内部与长侧板内表面贴合并与导轨6滑动配合，伸缩板位于传感器板外侧一端与平动板17通过第二转轴15活动连接，连接处通过第二密封件8进行动密封；平动板17与后底座16的表面为滑动配合；滑块9与伸缩板4和平动板17的连接点固定连接。

工作原理：控制系统接收到角度传感器5测得的传感器板7的角度信息，控制系统再根据目标角度信息计算出角度变化量，控制系统控制电机旋转，电机输出轴通过减速器带动丝杠10原地转动，由于滑块同时与光杆12配合，丝杠将滑块的转动力矩转化成滑块沿光杆12的直线移动，滑块带动伸缩板4和平动板17共同水平左右移动，如果向右侧移动，伸缩板4从传感器板7内侧沿导轨6滑出并使传感器板7绕第一转轴14转动，平动板17同步向右滑动的同时，伸缩板4和平动板17绕第二转轴15产生相对转动，最终使得流道的角度减小；如果向左侧移动，过程相反，使得流道角度增大。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，其特征在于，该装置包括前底座、后底座、传感器板、角度传感器、导轨、伸缩板、平动板和驱动机构；

所述传感器板为U字型板状结构，两个互相平行的侧板一长一短；

所述传感器板的前端与前底座活动连接，所述导轨固定连接在传感器板的短侧板的内表面，所述伸缩板部分嵌入传感器板内部与长侧板内表面贴合并与导轨滑动配合，伸缩板位于传感器板外侧一端与平动板活动连接，平动板与后底座的表面为滑动配合；角度传感器安装在传感器板的表面，所述驱动机构根据外部指令以及角度传感器测得的角度值计算出控制量并沿水平方向驱动伸缩板与平动板的连接点左右移动，实现传感器板表面与水平面夹角的变化。

2.如权利要求1所述的水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，其特征在于，所述驱动机构包括电机、光杆、丝杠和滑块，两根所述光杆水平固定连接在前底座和后底座之间，所述电机固定连接在两根光杆之间，电机的输出轴通过减速器连接丝杠的一端，丝杠另一端通过轴承安装在后底座上，所述滑块中部的螺纹孔与丝杠配合，滑块两侧的光孔分别与光杆滑动配合，所述滑块与伸缩板和平动板的连接点固定连接。

3.如权利要求1所述的水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，其特征在于，所述传感器板与前底座的连接处设有第一密封件，所述伸缩板与平动板的连接处设有第二密封件。

4.如权利要求1所述的水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，其特征在于，所述传感器板与前底座通过第一转轴活动连接，所述伸缩板与平动板通过第二转轴活动连接。

5.如权利要求1所述的水洞实验用收缩扩张流道自动调节装置，其特征在于，所述伸缩板可根据实际情况采用多级设计，实现更大角度范围的调节。