CN108181086A - 一种变水深拖曳水池气层减阻试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变水深拖曳水池气层减阻试验装置和方法，将待测模型放置于实验水池水下，对其在水中行进时的总阻力和局部摩擦力进行测量，通过供气装置和喷气装置可以测量其在此种状态之下水中行进时的总阻力和局部摩擦力，关闭供气装置和喷气装置之后还可以测量气层扩散之后待测模型在水中行进的总阻力和局部摩擦力，在此过程中，水下摄影系统持续记录水下流场的影响。本发明所述方法适用于水下航行体和水面船模喷气减阻的阻力和耐波性试验，试验技术可以为气层减阻机理研究提供试验基础，亦可以为气泡船的工程应用提供技术支撑。

Description

一种变水深拖曳水池气层减阻试验方法

本申请是申请日为：2015.12.08、申请号为：201510892616.9、名称为：一种变水深拖曳水池气层减阻试验装置和方法的分案申请。

技术领域

本发明设计船舶水动力学试验技术领域，尤其涉及一种变水深拖曳水池气层减阻试验方法。

背景技术

现有的气层减阻试验方法分为循环水池气层观测方法和拖曳水池气层减阻测量方法。它们均未能在测量喷气减阻总阻力、局部摩擦力的同时观测气层形态。而且水深的变化也会影响模型底部的气层。对于变水深的拖曳水池气层减阻机理研究需要一套完整的试验系统来实现变水深、池底气层观测和阻力测量同步进行。目前对于该技术领域，常规的试验系统无法满足气层减阻机理研究的要求。

发明内容：

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种变水深拖曳水池气层减阻试验方法。

为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：

一种变水深拖曳水池气层减阻试验装置，包括安装在拖车上的操作架，操作架上设有导航架，至少两个可伸缩支撑杆的一端连接于导航架，各个可伸缩支撑杆的另一端位于实验水池的水面之下，且分别通过一总阻力传感器连接待测模型，待测模型的底部还设有局部摩擦力传感器；操作架上安装有供气装置，供气装置通过喷气管路连接有喷气装置，喷气装置紧贴待测模型设置。

较佳地，还包括水下摄像系统，水下摄像系统设置在实验水池的池底，包括摄像机和光源。

较佳地，水下摄像系统设置于一载板，载板通过连接杆固定连接于操作架。

较佳地，操作架包括用于连接拖车的相互平行的两个横杆，两个横杆之间设有格栅，导航架的两端分别连接于两个格栅的内边，导航架的两端与两个格栅的内边滑动连接，可随格栅的长度方向移动。

较佳地，还包括整流罩，整流罩围绕可伸缩支撑杆设置，整流罩上还设有刻度尺标记。

较佳地，述喷气管路沿可伸缩支撑杆的长度方向，靠近可伸缩支撑杆设置。

较佳地，可伸缩支撑杆连接于导航架的一端设有调节罗盘。

本发明提供一种应用上述装置进行变水深拖曳水池气层减阻试验的方法，包括：

步骤1，拖车稳速拖动操作架从实验水池的一侧向另一侧行进，摄像系统在实验水池的水底记录初始行进流场图像，局部摩擦力传感器记录待测模型在水下行进的初始行进局部摩擦力，总阻力传感器记录待测模型在水下行进的初始行进总阻力；

步骤2，开启喷气装置和供气装置，摄像系统在实验水池的水底记录喷气行进流场图像，局部摩擦力传感器记录待测模型在水下行进的喷气行进局部摩擦力，总阻力传感器记录待测模型在水下行进的喷气行进总阻力；

步骤3，关闭喷气装置和供气装置，摄像系统在实验水池的水底记录稳态行进流场图像，局部摩擦力传感器记录待测模型在水下行进的稳态行进局部摩擦力，总阻力传感器记录待测模型在水下行进的稳态行进总阻力；

步骤4，拖车拖动操作架沿行进路径返回。

较佳地，步骤1之前还包括依据实验参数选取供气装置、喷气装置、局部摩擦力传感器和总阻力传感器型号的步骤；在步骤1至步骤4的各个步骤之间可通过转动调节罗盘控制可伸缩支撑杆的长度，将待测模型置于水中不同位置，以测得不同吃水深度的数据。

较佳地，步骤4之后还包括检测喷气装置和供气装置气流量和气压的步骤。

本发明的有益效果在于：应用本发明所述的装置可以将待测模型放置于实验水池水下，对其在水中行进时的总阻力和局部摩擦力进行测量，通过供气装置和喷气装置可以测量其在此种状态之下水中行进时的总阻力和局部摩擦力，关闭供气装置和喷气装置之后还可以测量气层扩散之后待测模型在水中行进的总阻力和局部摩擦力，在此过程中，水下摄影系统持续记录水下流场的影响，记录模型底部气层的生成、发展、扩散、稳定、衰减及消亡。整个实验过程中待测模型的吃水深度和姿态都可通过转动调节罗盘进而控制可伸缩支撑杆的长度来进行调节。本发明所述方法适用于水下航行体和水面船模喷气减阻的阻力和耐波性试验，试验技术可以为气层减阻机理研究提供试验基础，亦可以为气泡船的工程应用提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明实施例所述装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述方法的流程图。

图中：1.实验水池2.操作架3.横杆4.格栅5.导航架6.可伸缩支撑杆7.待测模型8.总阻力传感器9.局部摩擦力传感器10.供气装置11.喷气管路12.喷气装置13.摄像机14.光源15.载板16.连接杆17.整流罩18.刻度尺19.调节罗盘

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

一种变水深拖曳水池气层减阻试验装置(图1)，包括安装在拖车上的操作架2，操作架2上设有导航架5，操作架2包括用于连接拖车的相互平行的两个横杆3，两个横杆3之间设有格栅4，导航架5的两端分别连接于两个格栅4的内边，导航架5的两端与两个格栅4的内边滑动连接，可随格栅4的长度方向移动。

至少两个可伸缩支撑杆6的一端连接于导航架5，各个可伸缩支撑杆6的另一端位于实验水池1的水面之下，且分别通过一总阻力传感器8连接待测模型7，待测模型7的底部还设有局部摩擦力传感器9；还包括整流罩17，整流罩17围绕可伸缩支撑杆6设置，整流罩17上还设有刻度尺18标记。可伸缩支撑杆6连接于导航架5的一端设有调节罗盘19。

操作架2上安装有供气装置10，供气装置10通过喷气管路11连接有喷气装置12，喷气装置12紧贴待测模型7设置，本实施例中喷气装置12为喷气嘴。喷气管路11沿可伸缩支撑杆6的长度方向，靠近可伸缩支撑杆6设置。

还包括水下摄像系统，包括摄像机13和光源14，本实施例中水下摄像系统设置于一载板15，载板15通过连接杆16固定连接于操作架2。实践中，水下摄像系统还可直接设置在实验水池1的池底。

一种应用上述装置进行变水深拖曳水池气层减阻试验的方法(图2)，在实验之前依据实验参数选取供气装置10、喷气装置12、局部摩擦力传感器9和总阻力传感器8型号，通过调节罗盘19控制可伸缩支撑杆6的长度，通过整流罩17上的刻度检查待测模型7的吃水和姿态，即开始实验，具体步骤包括：

步骤1，拖车以试验需求的航速前进，稳速拖动操作架2从实验水池1的一侧向另一侧行进，摄像系统在实验水池1的水底记录初始行进流场图像，局部摩擦力传感器9记录待测模型7在水下行进的初始行进局部摩擦力，总阻力传感器8记录待测模型7在水下行进的初始行进总阻力；

步骤2，拖车行进一端时间后，开启喷气装置12和供气装置10，调节气流量大小稳定在实验需求值，对待测模型7底部进行喷气，摄像系统在实验水池1的水底记录喷气行进流场图像，记录模型底部气层的生成、发展、扩散和稳定。局部摩擦力传感器9记录待测模型7在水下行进的喷气行进局部摩擦力，总阻力传感器8记录待测模型7在水下行进的喷气行进总阻力；

步骤3，待气层稳定一端时间后，关闭喷气装置12和供气装置10，摄像系统在实验水池1的水底记录稳态行进流场图像，水下摄像系统记录模型底部气层的衰减和消亡。局部摩擦力传感器9记录待测模型7在水下行进的稳态行进局部摩擦力，总阻力传感器8记录待测模型7在水下行进的稳态行进总阻力；

步骤4，待气层完全消亡后，一次试验结束，拖车拖动操作架2沿行进路径返回，检测喷气装置12和供气装置10气流量和气压是否符合标准，变化水深和气流量大小进行下一次试验。

在步骤1至步骤4的各个步骤之间可通过转动调节罗盘19控制可伸缩支撑杆6的长度，将待测模型7置于水中不同位置，以测得不同吃水深度的数据。

通过上述试验方法可以完成水下航行体和水面船模的阻力和耐波性能试验，以及平板喷气减阻的机理研究性试验。可为以后的气体润滑减阻技术的发展奠定坚实的技术基础。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种变水深拖曳水池气层减阻试验的方法，其特征在于，

变水深拖曳水池气层减阻试验装置包括：

安装在拖车上的操作架(2)，所述操作架(2)上设有导航架(5)，至少两个可伸缩支撑杆(6)的一端连接于所述导航架(5)，各个所述可伸缩支撑杆(6)的另一端位于实验水池(1)的水面之下，且分别通过一总阻力传感器(8)连接待测模型(7)，所述待测模型(7)的底部还设有局部摩擦力传感器(9)，其特征在于：所述操作架(2)上安装有供气装置(10)，所述供气装置(10)通过喷气管路(11)连接有喷气装置(12)，所述喷气装置(12)紧贴所述待测模型(7)设置；所述喷气管路(11)沿所述可伸缩支撑杆(6)的长度方向，靠近所述可伸缩支撑杆(6)设置；还包括水下摄像系统，所述水下摄像系统设置在所述实验水池(1)的池底，包括摄像机(13)和光源(14)；所述水下摄像系统设置于一载板(15)，所述载板(15)通过连接杆(16)固定连接于所述操作架(2)。

所述操作架(2)包括用于连接拖车的相互平行的两个横杆(3)，两个所述横杆(3)之间设有格栅(4)，所述导航架(5)的两端分别连接于两个所述格栅(4)的内边，所述导航架(5)的两端与两个所述格栅(4)的内边滑动连接，可随所述格栅(4)的长度方向移动。

还包括整流罩(17)，所述整流罩(17)围绕所述可伸缩支撑杆(6)设置，所述整流罩(17)上还设有刻度尺(18)标记。

所述可伸缩支撑杆(6)连接于所述导航架(5)的一端设有调节罗盘(19)。

试验方法步骤如下：

步骤1，拖车稳速拖动所述操作架(2)从实验水池(1)的一侧向另一侧行进，所述摄像系统在所述实验水池(1)的水底记录初始行进流场图像，局部摩擦力传感器(9)记录待测模型(7)在水下行进的初始行进局部摩擦力，总阻力传感器(8)记录所述待测模型(7)在水下行进的初始行进总阻力；

步骤2，开启喷气装置(12)和供气装置(10)，所述摄像系统在所述实验水池(1)的水底记录喷气行进流场图像，局部摩擦力传感器(9)记录待测模型(7)在水下行进的喷气行进局部摩擦力，总阻力传感器(8)记录所述待测模型(7)在水下行进的喷气行进总阻力；

步骤3，关闭所述喷气装置(12)和供气装置(10)，所述摄像系统在所述实验水池(1)的水底记录稳态行进流场图像，局部摩擦力传感器(9)记录待测模型(7)在水下行进的稳态行进局部摩擦力，总阻力传感器(8)记录所述待测模型(7)在水下行进的稳态行进总阻力；

步骤4，拖车拖动所述操作架(2)沿行进路径返回，检测喷气装置(12)和供气装置(10)气流量和气压。

2.根据权利要求1的变水深拖曳水池气层减阻试验的方法，其特征在于：

所述步骤1之前还包括依据实验参数选取供气装置(10)、喷气装置(12)、局部摩擦力传感器(9)和总阻力传感器(8)型号的步骤；

在所述步骤1至所述步骤4的各个步骤之间可通过转动调节罗盘(19)控制可伸缩支撑杆(6)的长度，将所述待测模型(7)置于水中不同位置，以测得不同吃水深度的数据。