CN108982060B - 一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置 - Google Patents

Abstract

一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，包括：架体，包括带有工作平台的试验平台支座以及安装在工作平台上的位置调整装置；动力传输系统，包括驱动装置、扭矩信号采集单元和力传递单元，驱动装置、扭矩信号采集单元同轴安装在位置调整装置的移动件上；水翼试验样件测试系统，包括用于密封的密封筒组件、用于安装水翼试验样件的试验筒组件以及用于向试验筒组件内腔引入水的引水单元；供水系统，包括水泵、第一进水管、第二进水管以及第一出水管、第二出水管和水槽。本发明的有益效果是：体积小、结构紧凑简单、所需成本低、操作简单、试验性能强、不受周围试验环境限制以及方便水翼试验样件装卸。

Description

一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置

技术领域

本发明涉及一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置。

背景技术

近年来，仿生学一直是国内外科研人员研究的热点问题之一。如从鲨鱼呼吸过程中的鳃裂射流功能得到启发衍生而来的仿生射流表面减阻技术，该减阻技术的减阻效果明显，是一种有效的主动控制方法，其射流作用能够优化壁面流体边界层结构继而实现减小固体壁面的流体摩擦阻力目的，若能将该减阻技术应用与水下航行器等船体表面的减阻上，对于提高船舶速度、节约能源等具有重要作用，同时具有一定的军事作用。一直以来对仿生射流表面减阻技术的研究相对较少，当前针对射流的研究主要集中在高超声速飞行器方面及喷水推进等领域，同时现有的流-固阻力测试装置主要通过水洞、风洞和水池这三种设备进行试验。试验方法作为研究流体减阻的重要手段，对推进流体减阻实现节能降耗这一方面有着至关重要的作用。但水洞、风洞和水池这三种传统试验装置普遍存在占地广、成本高、操作复杂以及试验条件控制困难等一系列的局限和限制，同时难以实现对仿生射流表面的阻力进行测试，而如今的一些小型流体性能测试试验装置大多基于封闭圆管结构，在实际试验过程中不易于安装与拆卸。因此在研究仿生射流表面减阻特性中急需要一套小型成本低并且能够实现射流的试验装置。

发明内容

针对现有的流体阻力测试装置占地大、成本高、操作繁琐、不易于安装和拆卸、难以实现对射流表面测阻等问题，本发明提出了一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，目的是在解决在实现对射流表面结构减阻效果进行评估的基础上，还能够实现对其他不同结构的表面减阻效果进行评估。对于水翼试验样件表面可以加工不同形状，如光滑表面、凸起结构等，通过数据采集系统采集试验装置中的不同水翼试验样件的减阻率，进行数据对比，得到不同表面结构的减阻效果，从而研究射流表面结构的减阻特性。

本发明所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于，包括：

架体，包括带有工作平台的试验平台支座以及安装在工作平台上的位置调整装置，其中位置调整装置的固定件铺装在工作平台上，固定件上配装可沿固定件轴向滑动的移动件，用于调整动力传输系统以及水翼试验样件测试系统安装位置；

动力传输系统，包括驱动装置、扭矩信号采集单元和力传递单元，驱动装置、扭矩信号采集单元同轴安装在位置调整装置的移动件上，并且驱动装置的动力输出端与扭矩信号采集单元的动力输入端相连，扭矩信号采集单元的动力输出端通过力传递单元与水翼试验样件测试装置的输入齿轮轴相连，用于将驱动装置的旋转驱动力传输至水翼试验样件测试系统的输入单元；

水翼试验样件测试系统，包括用于密封的密封筒组件、用于安装水翼试验样件的试验筒组件以及用于向试验筒组件内腔引入水的引水单元，所述密封筒组件的顶部和底部均设有可与其内腔连通的出水口；所述密封筒组件的一端部分别与所述力传递单元的动力输出端密封转动连接，另一端与引水单元密封固接；试验筒组件置于密封筒组件内腔，并固装在伸入密封筒组件内腔的力传递单元端部；引水单元轴向设有用于供水的贯通孔，且贯通孔的进水端与供水系统管路连通，出水端贯穿密封筒组件后通入试验筒组件密封转动连接，保证试验筒组件在力传递单元带动下可绕其自身中心轴周向旋转；

供水系统，包括水泵、第一进水管、第二进水管以及第一出水管、第二出水管和水槽，所述第一进水管的进水端与水槽连通，第一进水管的出水端与水泵进水端连通，第二进水管的进水端与水泵的出水端管路连通，第二进水管的出水端与输出单元的贯通孔连通；所述第一出水管的进水端、第二出水管的进水端分别与密封筒组件顶部出水口、底部出水口连通，所述第一出水管的出水端、第二出水管的出水端引入水槽内。

所述位置调整装置包括导轨、丝杆和导轨平台，导轨作为固定件沿动力传输系统轴向铺装在工作平台上；丝杆架装在导轨上方，并且保持丝杆与工作平台转动连接，丝杆的外端部配装一用于控制丝杆转动的把手；导轨平台作为移动件与丝杆螺接，顶部安装动力传输系统，底部与导轨滑动连接，使得导轨平台可在丝杆的转动驱动下沿导轨轴向滑动。

所述驱动装置包括电机、电机支座，所述扭矩信号采集单元包括扭矩信号耦合器以及扭矩信号耦合器支座，所述电机支座、所述扭矩信号耦合器支座分别固装在导轨平台上，所述电机固装在电机支座上，所述扭矩信号耦合器固装在扭矩信号耦合器支座上；所述电机的输出轴通过第一联轴器与所述扭矩信号耦合器的输入端相连；所述扭矩信号耦合器的输出端与所述所述力传递单元的输入端相连。

所述力传递单元为行星齿轮机构，包括作为太阳轮的输入齿轮轴、行星小齿轮、齿圈以及行星齿轮支架，所述输入齿轮轴的光杆输入端通过第二联轴器与所述扭矩信号耦合器的输出端相连接，输入齿轮轴的齿轮输出端与行星小齿轮啮合，行星小齿轮通过行星齿轮支架安装在密封筒组件上，并保持行星小齿轮的外齿轮同时与齿圈的内齿轮、输入齿轮轴的外齿轮啮合；齿圈置于密封筒组件内腔，并且一端部与密封筒组件密封转动连接，另一端与试验筒组件密封固接。

所述行星齿轮支架包括行星齿轮轴、第一轴承、顶座、底座、支撑筒、轴用弹性挡圈与孔用弹性挡圈，所述行星齿轮轴为阶梯轴，并且行星齿轮轴的第二段套上所述的轴用弹性挡圈，第四段套上所述的孔用弹性挡圈，都用于轴的固定与定位，所述的行星齿轮轴的第三段安装第一轴承，所述的行星齿轮轴的两端与所述的顶座与底座固接，所述的的支撑筒通过双头螺栓与螺母支撑在所述的顶座与底座之间。

所述密封筒组件包括密封筒左端盖、密封筒右端盖、密封筒筒体以及固定装置，所述密封筒筒体的两端部分别密封固装所述密封筒左端盖和所述密封筒右端，三者围成用于容纳试验筒组件的内腔，所述密封筒筒体顶部设有顶部用于与第二出水管连通的出水口和带有封堵螺栓的排气口，底部设有用于与第一出水管连通的出水口；所述密封筒左端盖、密封筒右端盖上设有用于安装引水装置、力传递单元的安装通孔；所述密封筒组件底部通过固定装置与试验平台支座或导轨平台拆卸式连接。

所述试验筒组件同轴设置在密封筒组件内腔，包括水翼试验样件、试验筒左端盖和试验筒右端盖，所述水翼试验样件两端部分别密封固接试验筒左端盖和试验筒右端盖，试验筒右端盖与从密封腔右端盖安装通孔内伸入密封筒组件内腔的齿圈固接，试验筒左端盖与从密封腔左端盖安装通孔内伸入密封筒组件内腔的引水单元密封转动连接，保持引水单元的出水口与试验腔组件的内腔连通。

所述水翼试验样件为两端敞口的圆柱筒结构，并且圆柱筒的筒体上设有若干可与其内腔连通的通孔；所述水翼试验样件一端通过沉头螺钉与所述的试验筒右端盖固接，所述的水翼试验样件另一端通过齿形结构与所述的试验筒左端盖固接。

所述引水单元为带有轴向的贯通孔的引水轴，所述引水轴设置在密封筒左端盖和试验筒左端盖之间，所述引水轴的内端部与所述试验筒左端盖的安装孔密封转动连接、外端部与所述密封筒左端盖密封固定连接后，并且引水轴的外端与第二进水管的出水口管路连通，并保持引水轴的贯通孔与第二进水管的出水口相连通，用于将水槽内的水引入试验筒组件内。

所述第二进水管、所述第一出水管以及第二出水管上均设有控制阀，其中所述第二进水管上还设有流量计、压力表。

所述齿圈外壁与密封筒右端盖的安装通孔内壁间隙配合，并且间隙处增设用于密封的磁流体密封结构，包括极靴、永久磁铁和磁流体，整个磁流体密封结构安装在在所述的密封筒右端盖与所述的齿圈之间间隙内，所述的永久磁铁紧套所述的密封筒右端盖上的安装通孔内，所述的两个极靴分列在所述的永久磁铁两侧，并且所述磁流体密封结构通过所述的磁流体在所述的密封筒右端盖和齿圈之间形成环形密封间隙，所述的孔用弹性挡圈与调整垫片嵌在所述的极靴外壁上，防止极靴与安装通孔之间泄漏。

测试装置的工作原理是：试验开始时，首先关闭密封筒上方出水管的球阀，拧开密封筒上方的排气孔的螺栓，将水槽水注满，通过水泵的一定压力将水通过进水管与输出轴的孔路压入试验筒中，水流会从水翼试验样件上的通孔流出形成射流，随着水漫过密封筒，空气会通过排气孔排出，当水漫过螺纹孔将螺栓拧上，此时打开密封筒上方的出水管的球阀，筒内的水从试验筒中的水翼试验样件上的通孔射到密封筒，再从出水管重新流水水槽，完成射流过程。此时开启电机，电机通过输入齿轮轴与行星齿轮的动力传递带动试验筒旋转，这样就可以通过输入齿轮轴上的扭矩信号耦合器测得射流时的动态扭矩。然后重新换上光滑水翼部件测得动态扭矩，对比算出减阻率。待到试验结束，多余的水从密封筒下方的出水管排出，防止零件受损。

本发明的有益效果是：体积小、结构紧凑简单、所需成本低、操作简单、试验性能强、不受周围试验环境限制以及方便水翼试验样件装卸等优点，能够满足试验过程中的各项试验要求，应用范围广，适用于不同形状结构的水翼试验样件；导轨平台与丝杆的结合方便样件装卸，加入限位挡板，增强了安全性。该阻力测试装置是一种具备测量射流表面以及不同形状结构的表面阻力测试装置。

附图说明

图1为本发明的测试装置的主视图。

图2为水翼试验样件测试装置结构图。

图3为行星轮系结构图。

图4为引水单元结构图。

图5为磁流体密封结构图。

图6为V型丝杆导轨滑台结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，包括：

架体，包括带有工作平台的试验平台支座28以及安装在工作平台上的位置调整装置，其中位置调整装置的固定件铺装在工作平台上，固定件上配装可沿固定件轴向滑动的移动件，用于调整动力传输系统以及水翼试验样件测试系统安装位置；

动力传输系统，包括驱动装置、扭矩信号采集单元和力传递单元，驱动装置、扭矩信号采集单元同轴安装在位置调整装置的移动件上，并且驱动装置的动力输出端与扭矩信号采集单元的动力输入端相连，扭矩信号采集单元的动力输出端通过力传递单元与水翼试验样件测试装置的输入齿轮轴相连，用于将驱动装置的旋转驱动力传输至水翼试验样件测试系统的输入单元；

水翼试验样件测试系统18，包括用于密封的密封筒组件、用于安装水翼试验样件的试验筒组件以及用于向试验筒组件内腔引入水的引水单元，所述密封筒组件的顶部和底部均设有可与其内腔连通的出水口；所述密封筒组件的一端部分别与所述力传递单元的动力输出端密封转动连接，另一端与引水单元密封固接；试验筒组件置于密封筒组件内腔，并固装在伸入密封筒组件内腔的力传递单元端部；引水单元轴向设有用于供水的贯通孔，且贯通孔的进水端与供水系统管路连通，出水端贯穿密封筒组件后通入试验筒组件密封转动连接，保证试验筒组件在力传递单元带动下可绕其自身中心轴周向旋转；

供水系统，包括水泵1、第一进水管43a、第二进水管43b以及第一出水管14a、第二出水管14b和水槽42，所述第一进水管43a的进水端与水槽42连通，第一进水管43a的出水端与水泵1进水端连通，第二进水管43b的进水端与水泵1的出水端管路连通，第二进水管43b的出水端与引水单元的贯通孔连通；所述第一出水管14a的进水端、第二出水管14b的进水端分别与密封筒组件顶部出水口、底部出水口连通，所述第一出水管14a的出水端、第二出水管14b的出水端引入水槽42内。

所述位置调整装置包括导轨29、丝杆25和导轨平台37，导轨29作为固定件沿动力传输系统轴向铺装在工作平台上；丝杆25架装在导轨29上方，并且保持丝杆29与工作平台转动连接，丝杆的外端部配装一用于控制丝杆转动的把手24；导轨平台37作为移动件与丝杆25螺接，顶部安装动力传输系统，底部与导轨29滑动连接，使得导轨平台37可在丝杆的转动驱动下沿导轨29轴向滑动。

所述驱动装置包括电机23、电机支座31，所述扭矩信号采集单元包括扭矩信号耦合器22以及扭矩信号耦合器支座36，所述电机支座31、所述扭矩信号耦合器支座36分别固装在导轨平台37上，所述电机23固装在电机支座31上，所述扭矩信号耦合器22固装在扭矩信号耦合器支座36上；所述电机23的输出轴通过第一联轴器231与所述扭矩信号耦合器22的输入端相连；所述扭矩信号耦合器22的输出端通过第二联轴器20与所述所述力传递单元的输入端相连。

所述力传递单元为行星齿轮机构，包括作为太阳轮的输入齿轮轴76、行星小齿轮67、齿圈88以及行星齿轮支架，所述输入齿轮轴76的光杆输入端通过第二联轴器20与所述扭矩信号耦合器22的输出端相连接，输入齿轮轴76的齿轮输出端与行星小齿轮67啮合，行星小齿轮67通过行星齿轮支架安装在密封筒组件上，并保持行星小齿轮67的外齿轮同时与齿圈88的内齿轮、输入齿轮轴76的外齿轮啮合；齿圈88置于密封筒组件内腔，并且一端部与密封筒组件密封转动连接，另一端与试验筒组件密封固接。

所述行星齿轮支架包括行星齿轮轴69、第一轴承65、顶座83、底座79、支撑筒82、轴用弹性挡圈66与孔用弹性挡圈64，所述行星齿轮轴69为四级阶梯轴，并沿轴向依次命名为第一段、第二段、第三段和第四段，行星齿轮轴69的第二段套上所述的轴用弹性挡圈66，第四段套上所述的孔用弹性挡圈64，都用于行星齿轮轴的固定与定位，所述的行星齿轮轴69的第三段安装第一轴承65，所述的行星齿轮轴69的两端分别与所述的顶座83、底座79固接，所述的支撑筒82通过双头螺栓80与第一螺母81支撑在所述的顶座83与底座79之间。

所述密封筒组件包括密封筒左端盖45、密封筒右端盖61、密封筒筒体57以及固定装置，所述密封筒筒体57的两端部分别密封固装所述密封筒左端盖45和所述密封筒右端61，三者围成用于容纳试验筒组件的内腔，所述密封筒筒体57顶部设有顶部用于与第二出水管14b连通的顶部出水口和带有封堵螺栓59的排气口，底部设有用于与第一出水管14a连通的底部出水口；所述密封筒左端盖45、密封筒右端盖61上分别设有用于安装引水装置、力传递单元的安装通孔；所述密封筒组件底部通过固定装置与试验平台支座28或导轨平台37拆卸式连接。

所述固定装置包括用于与试验平台支座28固接的大肋板40和用于与导轨平台37固接的小肋板39，调整密封筒组件位置时，密封筒组件底部通过小肋板39与导轨平台37拆卸式连接，试验时，密封筒组件底部通过大肋板40与试验平台支座28拆卸式连接。

所述试验筒组件同轴设置在密封筒组件内腔，包括水翼试验样件58、试验筒左端盖54和试验筒右端盖63，所述水翼试验样件58两端部分别密封固接试验筒左端盖54和试验筒右端盖63，试验筒右端盖63与从密封筒右端盖61安装通孔内伸入密封筒组件内腔的齿圈88固接，试验筒左端盖54与从密封筒左端盖45安装通孔内伸入密封筒组件内腔的引水单元密封转动连接，保持引水单元的出水口与试验腔组件的内腔连通。

所述水翼试验样件58为两端敞口的圆柱筒结构，并且圆柱筒的筒体上设有若干可与其内腔连通的通孔；所述水翼试验样件58一端通过第一沉头螺钉62与所述的试验筒右端盖63固接，所述的水翼试验样件58另一端通过齿形结构与所述的试验筒左端盖54密封固接。

所述引水单元为带有轴向的贯通孔的引水轴51，所述引水轴51设置在密封筒左端盖45和试验筒左端盖54之间，所述引水轴51一端通过第一防水轴承50与所述试验筒左端盖54的安装孔密封转动连接、另一端通过第二防水轴承451与所述密封筒左端盖45固定连接，并且第一防水轴承50外端面、第二防水轴承451分别通过第一轴承盖46和第二轴承盖48限制自身轴向移动。

所述第二进水管43b、所述第一出水管14a以及第二出水管14b上均设有控制阀5，均为球阀；其中所述第二进水管43b上还设有流量计12、压力表13。

所述齿圈88外壁与密封筒右端盖61的安装通孔内壁间隙配合，并且间隙处增设用于密封的磁流体密封结构，包括极靴85、永久磁铁86和磁流体，整个磁流体密封结构安装在在所述的密封筒右端盖61与所述的齿圈88之间间隙内，所述的永久磁铁86紧套所述的密封筒右端盖61上的安装通孔内，所述的两个极靴85分列在所述的永久磁铁86两侧，并且所述磁流体密封结构通过所述的磁流体在所述的密封筒右端盖61和齿圈88之间形成环形密封间隙，所述的孔用弹性挡圈87与第一调整垫片84嵌在所述的极靴85外壁上，防止极靴与安装通孔之间泄漏。

测试装置的工作原理是：试验开始时，首先关闭密封筒组件上方第二出水管14b的控制阀(此处为球阀)，拧开密封筒组件上方的排气孔的封堵螺栓59，将水槽42水注满，通过水泵1的一定压力将水通过第一进水管43a、第二进水管43b与引水单元的贯通孔压入试验筒组件的内腔中，水流会从水翼试验样件58上的通孔流出形成射流，随着水引入密封筒组件内腔，空气会通过密封筒筒体顶部的排气孔排出，当水漫过排气孔后(此时，密封筒组件内腔完全充满水)将封堵螺栓58拧上，此时打开密封筒筒体57上方的第二出水管14b的控制阀5，筒内的水从试验筒中的水翼试验样件58上的通孔射到密封筒筒体57内，再从第二出水管14b重新流入水槽42内，完成射流过程。此时开启电机23，电机23通过输入齿轮轴76与行星齿轮机构的动力传递带动试验筒组件绕其自身轴向周向旋转，这样就可以通过输入齿轮轴76上的扭矩信号耦合器22测得射流时的动态扭矩。然后重新换上光滑水翼部件测得动态扭矩，对比算出减阻率。待到试验结束，多余的水从密封筒组件下方的第一出水管14a排出，防止零件受损。

实施例2本发明所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，包括架体、动力传输装置、水翼试验样件测试装置以及供水装置，所述的动力传输装置安装在所述的架体上，并且所述的动力传输装置的动力输出端连接所述的水翼试验样件测试装置，所述的供水装置用于提供装置试验的水流速度，设置在所述的水翼试验样件测试装置远离动力传输端的一侧，并且与所述的架体连接。

结合图1，图2，所述的动力传输装置输入齿轮轴中：所述的电机支座31装于所述的架体的导轨平台37上，所述的电机23安装在所述的电机支座31上，所述的电机23的输出轴通过第一联轴器231与所述的扭矩信号耦合器22的动力输入端固接，所述的扭矩信号耦合器22装于所述的扭矩信号耦合器支座36上，所述的扭矩信号耦合器22的动力输出端通过第二联轴器20与所述的输入齿轮轴76一端固接，所述第一联轴器231、第二联轴器20均为弹性柱销联轴器；所述的输入齿轮轴76的另一端与所述的行星小齿轮67连接，所述的行星小齿轮67与所述的齿圈88啮合，所述的输入齿轮轴76通过所述的第二轴承78支撑在所述的水翼试验样件测试系统18上，所述的齿圈88与所述的水翼试验样件测试系统18固接。

结合图2，所述的水翼试验样件测试系统18包括中：所述的水翼试验样件58的两端分别与所述的试验筒左端盖54、试验筒右端盖63固接，所述的密封筒组件套在所述的水翼试验样件58的外部，所述的密封筒筒体57两端与所述的密封筒左端盖45、密封筒右端盖61固接，所述的密封筒筒体57下方与所述的架体固接。

结合图1，所述的供水系统中：水槽42通过第一出水管14a、第二出水管14b分别与所述的水翼试验样件测试装置18的顶部出水口和底部出水口连通，所述第二出水管14b通过出水管支撑架15安装在试验平台支座28的工作平台上，并悬于水翼试验样件测试装置18上方；所述水槽42通过所述第一进水管43a与所述的水泵1连通，所述的第二进水管43b与所述的水泵1的出水口固接，与所述的水翼试验样件测试装置18的进水孔连通。

结合图1，图6，所述的架体中：导轨29为V型导轨，导轨平台37为可与导轨29滑动配合的V型导轨平台；电机支座31与所述的扭矩信号耦合器支座36装于导轨平台37上，所述的丝杆25贯穿所述的导轨平台37，所述的导轨平台37装于所述的导轨29上，二者滑动连接；所述的导轨29铺装在所述的试验平台支座28上，所述的出水管支撑架15的上端与所述的第二出水管14b固接，中部与所述的第二进水管43b固接，安装在所述的试验平台支座28上。

结合图1，图2，所述的电机23的输出轴与所述的第一联轴器231通过第二平键19相互连接，所述的第二联轴器20与所述的扭矩信号耦合器22的动力输入端通过第一平键21连接，所述的输入齿轮轴76为阶梯轴，并且输入齿轮轴76的末端为齿轮，与所述的行星小齿轮67外啮合，所述的行星小齿轮67通过行星轮支架固定在所述的密封筒右端盖61上，使行星小齿轮67固定。

结合图2，图3，所述的行星齿轮支架中：所述行星齿轮轴69为阶梯轴，并且行星齿轮轴69的第二段套上所述的轴用弹性挡圈66，第四段套上所述的孔用弹性挡圈64，都用于轴的固定与定位，所述的行星齿轮轴69的第三段安装所述的第一轴承65，所述的行星齿轮轴69的两端与所述的顶座83与底座79固接，所述的的支撑筒82通过双头螺栓80与第一螺母81支撑在所述的顶座83与底座79之间。

结合图2，所述的水翼试验样件58一端通过第一沉头螺钉62与所述的试验筒右端盖63固接，所述的水翼试验样件58另一端通过齿形结构与所述的试验筒左端盖54固接，所述的引水轴51内端通过第一防水轴承50与所述的试验筒左端盖54的安装孔连接，并通过内六角螺母47轴向定位，所述的引水轴51的外端通过第二防水轴承451与所述的密封筒左端盖45连接。所述的密封筒筒体57上方有一个带封堵螺栓的排气孔，所述的密封筒右端盖61有一个带螺栓的观察孔。

结合图1，图4，所述的水槽通过所述的第一进水管43a与所述的水泵1的进水口固接，所述的水泵1的出水口与所述的第二进水管43b固接，所述的第二进水管43b的另一端通过内丝接头11与所述的流量计12一端管路连通，所述的流量计12的另一端与所述的压力表13的进水口管路连通，所述的压力表13的出水口与所述的第二进水管43b固接，第二进水管43b的另一端与所述的引水轴51的外端管路连通，所述的密封筒筒体57下方有带螺纹的底部出水口与所述的第一出水管14a固接，所述的第一出水管14a通入水槽，同时所述的密封筒筒体57上方有有带螺纹的顶部出水口与所述的第二出水管14b固接，所述的第二出水管14b同样通入所述的水槽，所述的第一出水管14a、第二出水管14b以及所述的第二进水管43b上都配有相应的控制阀5。

结合图6，所述丝杆25通过丝杆螺母38安装在试验平台支座28上；所述的丝杆螺母38通过第一螺钉30固定在所述的导轨平台37的两端侧面，所述的丝杆25一端穿过固装在导轨平台上的丝杆螺母38，并且丝杆25与丝杆螺母38螺接，形成丝杆螺母副，通过丝杆的周向旋转带动导轨平台沿丝杆轴向移动，，所述的丝杆25的另一端穿过固定在试验平台支座28上的丝杆止推支座26，末端与所述的把手24通过方形结构连接。所述的导轨29两侧开有凹槽，所述导轨平台37两侧开有通孔，通过第二螺栓32、第二螺母33和第二弹簧垫片34使所述的导轨平台37能固定在所述的导轨29上，在所述的导轨29的非滑动区域通过第三螺栓安装一个防止所述的导轨平台37脱出的限位挡板27。

结合图2，图5，磁流体密封结构包括极靴85、永久磁铁86和磁流体，整个磁流体密封结构安装在在所述的密封筒右端盖61与所述的齿圈88之间，所述的永久磁铁84紧套所述的密封筒右端盖61上的通孔内，所述的两个极靴85分列在所述的永久磁铁86两侧，并且所述磁流体密封结构通过所述的磁流体在所述的密封筒右端盖61和齿圈88之间形成环形密封间隙，所述的孔用弹性挡圈87与第一调整垫片84嵌在所述的极靴85外壁上，防止极靴85与安装通孔之间泄漏。

结合图1，图2，图3，对动力传输装置进行详细地说明：电机23用于提供动力，固定在电机支座31上。第一联轴器231通过第二平键19与电机轴相连接。测量扭矩的扭矩信号耦合器22，它被安放在扭矩信号耦合器支座36上，第二联轴器20将输入齿轮轴76与扭矩信号耦合器22连接在一起。输入齿轮轴76则依靠第三轴承77与第二轴承78支撑在支撑筒内，在输入齿轮轴76外面套上连接筒71，防止安全事故发生，在连接筒71的右端通过第四螺栓72、第四螺母73和第四弹簧垫片74安装一个输入齿轮轴轴承盖75用于固定与定位，连接筒71的左端通过第五螺栓70固定在密封筒右端盖61的安装面上，同时在这之间安装一个O型密封圈49，防止发生泄漏。动力传输装置中的所有支座都通过第六螺栓35的全部固定在导轨平台37上，并且与导轨平台37无相对移动。电机23转动通过第一联轴器231带动轴转动，扭矩信号耦合器22是用来测定轴的扭矩。通过第二联轴器20将动力传给输入齿轮轴76，最后输入齿轮轴76将动力传给行星小齿轮67，行星小齿轮67与齿圈88啮合转动，齿圈88与试验筒右端盖63通过第一沉头螺钉62固接，最终带动水翼试验样件58旋转。行星轮系的存在使装置的承载能力变强，能够放大或缩小水翼试验样件58反映在输入齿轮轴76上的扭矩，有利于使扭矩处于扭矩信号耦合器22最佳量程，提高测量精度。

结合图1，图2，图4，对水翼试验样件测试装置18进行详细地说明：水翼试验样件58选择材料为U-PVC管，U-PVC管优点如下：质轻，易装卸搬运；U-PVC管壁面光滑，粗糙系数为0.009，对流体阻力极小，防止造成不必要的影响；耐外压、水压、冲击强度性能均良好。水翼试验样件58固定在试验筒左端盖54与试验筒右端盖63之间，与试验筒左端盖58通过齿形结构连接，由于试验筒左端盖54不易拆卸以及没有足够的空间安装螺钉，为方便旋转齿形结构，只要直接装上即可，与试验筒右端盖63通过第一沉头螺钉62固接，在水翼试验样件58与试验筒左端盖54以及试验筒右端盖63安装处安放第三密封垫片55，防止水流泄漏对试验精度造成影响。在水翼试验样件58外部套上密封筒筒体57，密封筒筒体57与密封筒左端盖45以及密封筒右端盖61通过第七螺栓56固接，密封筒筒体57上下都开有螺纹的顶部出水口、底部出水口，连接第一出水管14a和第二出水管14b，同时在密封筒筒体57上方开有一个带封堵螺纹的排气孔，待水漫到螺纹时拧上封堵螺栓59与第四密封垫片60，整个试验部件测试装置通过密封筒组件上的大肋板40固定在试验平台支座28上。密封筒右端盖61上开有观察孔，有利于安装时观察行星齿轮67与齿圈88是否啮合，不用时拧上第八螺栓68，通过小肋板39固定在导轨平台37上。为防止行星轮系有水进入，在齿圈88与密封筒右端盖61之间安装磁流体密封结构，磁流体密封结构优点：在合理压差内，可实现零泄露；该结构是非接触的，故而不会影响扭矩的精度下降问题。

结合图1，图2，图4，对供水装置进行详细地说明：水泵1通过第九螺栓2、第九螺母3和第九弹簧垫片4与第二进水管43b固接，在第一进水管43a转弯处安装第一90°弯头44，第二进水管43b的另一端通过第一内丝接头11与流量计12一端固接，所述的流量计12的另一端通过第二进水管43b与压力表的进水口固接，压力表13的出水口与第二进水管43b固接，第二进水管43b的另一端通过变径内丝接头16与第三进水管17连接，第三进水管17的另一端通过第二内丝接头与引水轴51的一端固接，第二进水管43b两端分别由进水管支撑架7与出水管支撑架15通过第十螺栓8、第十螺母9和第十弹簧垫片10固定。引水轴51为阶梯轴，安装在试验筒左端盖54与密封筒左端盖45的通孔内，由第一防水轴承50、第二防水轴承451固定，第一防水轴承50安装在试验筒左端盖54通孔内，作用在于使引水轴51不随水翼试验样件58转动，第二防水轴承451安装在密封筒左端盖45通孔内，作用在于固定。在引水轴51的右端通过第十一螺栓53a安装第一轴承盖46以及内六角螺母47，在引水轴51的左端通过第十一螺栓53b安装第二轴承盖48，防止引水轴51发生相对移动。在第二轴承盖48内安装垫圈52，在第二轴承盖48与密封筒左端盖45之间安装O型密封圈49，以防止泄漏。出水管14有两段，一段是与试验筒57下方螺纹孔连接，通入水槽42，转弯处用第二90°弯头6，另一段是与验筒57下方螺纹孔连接，通入水槽42，转弯处用第二90°弯头6，并用出水管支撑架15固定。

结合图1，图2，图6，对架体进行详细地说明：密封筒右端盖61通过小肋板39固定在导轨平台37上，电机支座31与扭矩信号耦合器支座36通过第六螺栓35固定在导轨平台37上，装卸水翼试验样件58时，转动把手24，将旋转运动转化成直线运动，使装卸更加方便省力，限位挡板27的存在防止导轨平台37脱离导轨29，造成安全事故。导轨平台37放在导轨29上，通过第二螺栓32、第二螺母33和第二弹簧垫片34使所述的导轨平台37在进行试验时固定在所述的导轨29上。整个导轨29和出水管支撑架15固定在试验平台支座28上，试验平台支座28通过第十二螺栓41固定在地面上，进水管支撑架7也通过第十二螺栓41固定在地面上。当对水翼试验样件58的试验结束时，需要重新换上光滑水翼部件进行对照试验。具体装卸如下：拧开密封筒右端盖45上的第七螺钉56和观察孔上的第八螺栓68，转动把手24，在丝杆25的旋转运动下，在丝杆螺母38的作用下，导轨平台37以及在其之上的电机23、扭矩信号耦合器22以及通过小肋板39固定在导轨平台37上的密封筒右端盖45向一边直线移动，再拧开试验筒右端盖54上的第一沉头螺钉62，取下试验筒右端盖54以及齿圈88，直接将水翼试验样件58取下，换上光滑水翼部件，重新将试验筒右端盖54装上，拧上沉头螺钉62，将导轨平台37重新移回。在移动的过程中，通过观察孔观察齿圈88与行星小齿轮67是否啮合，不啮合则转动输出轴51，带动齿圈88转动，直到啮合为止，之后将密封筒右端盖45上的第七螺栓56重新拧上，装卸完毕。

测试装置的工作原理是：试验开始时，首先关闭密封筒筒体57上方第二出水管14b的球阀5，拧开密封筒筒体57上方的排气孔的第八螺栓68，将水槽42水注满，通过水泵1的一定压力将水通过进水管43与引水轴51的孔路压入试验筒中，水流会从水翼试验样件58上的通孔流出形成射流，随着水漫过密封筒筒体57，空气会通过排气孔排出，当水漫过螺纹孔将封堵螺栓59拧上，此时打开密封筒57上方的出水管14的球阀5，筒内的水从试验筒中的水翼试验样件58上的通孔射到密封筒筒体57，再从第二出水管14b重新流水水槽42，完成射流过程。此时开启电机23，电机23通过输入齿轮轴76与行星小齿轮67的动力传递带动试验筒旋转，这样就可以通过输入齿轮轴76上的扭矩信号耦合器22测得射流时的动态扭矩。然后重新换上光滑水翼部件测得动态扭矩，对比算出减阻率。待到试验结束，多余的水从密封筒筒体57下方的第一出水管14a排出，防止零件受损。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于，包括：

架体，包括带有工作平台的试验平台支座以及安装在工作平台上的位置调整装置，其中位置调整装置的固定件铺装在工作平台上，固定件上配装可沿固定件轴向滑动的移动件，用于调整动力传输系统以及水翼试验样件测试系统安装位置；

动力传输系统，包括驱动装置、扭矩信号采集单元和力传递单元，驱动装置、扭矩信号采集单元同轴安装在位置调整装置的移动件上，并且驱动装置的动力输出端与扭矩信号采集单元的动力输入端相连，扭矩信号采集单元的动力输出端通过力传递单元与水翼试验样件测试装置的输入轴相连，用于将驱动装置的旋转驱动力传输至水翼试验样件测试系统的输入单元；

水翼试验样件测试系统，包括用于密封的密封筒组件、用于安装水翼试验样件的试验筒组件以及用于向试验筒组件内腔引入水的引水单元，所述密封筒组件的顶部和底部均设有可与其内腔连通的出水口；所述密封筒组件的一端部分别与所述力传递单元的动力输出端密封转动连接，另一端与引水单元密封固接；试验筒组件置于密封筒组件内腔，并固装在伸入密封筒组件内腔的力传递单元端部；引水单元轴向设有用于供水的贯通孔，且贯通孔的进水端与供水系统管路连通，出水端贯穿密封筒组件后通入试验筒组件密封转动连接，保证试验筒组件在力传递单元带动下可绕其自身中心轴周向旋转；

供水系统，包括水泵、第一进水管、第二进水管以及第一出水管、第二出水管和水槽，所述第一进水管的进水端与水槽连通，第一进水管的出水端与水泵进水端连通，第二进水管的进水端与水泵的出水端管路连通，第二进水管的出水端与输出单元的贯通孔连通；所述第一出水管的进水端、第二出水管的进水端分别与密封筒组件顶部出水口、底部出水口连通，所述第一出水管的出水端、第二出水管的出水端引入水槽内。

2.如权利要求1所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：所述位置调整装置包括导轨、丝杆和导轨平台，导轨作为固定件沿动力传输系统轴向铺装在工作平台上；丝杆架装在导轨上方，并且保持丝杆与工作平台转动连接，丝杆的外端部配装一用于控制丝杆转动的把手；导轨平台作为移动件与丝杆螺接，顶部安装动力传输系统，底部与导轨滑动连接，使得导轨平台可在丝杆的转动驱动下沿导轨轴向滑动。

3.如权利要求2所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：所述驱动装置包括电机、电机支座，所述扭矩信号采集单元包括扭矩信号耦合器以及扭矩信号耦合器支座，所述电机支座、所述扭矩信号耦合器支座分别固装在导轨平台上，所述电机固装在电机支座上，所述扭矩信号耦合器固装在扭矩信号耦合器支座上；所述电机的输出轴通过第一联轴器与所述扭矩信号耦合器的输入端相连；所述扭矩信号耦合器的输出端与所述力传递单元的输入端相连。

4.如权利要求3所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：所述力传递单元为行星齿轮机构，包括作为太阳轮的输入齿轮轴、行星小齿轮、齿圈以及行星齿轮支架，所述输入齿轮轴的光杆输入端通过第二联轴器与所述扭矩信号耦合器的输出端相连接，输入齿轮轴的齿轮输出端与行星小齿轮啮合，行星小齿轮通过行星齿轮支架安装在密封筒组件上，并保持行星小齿轮的外齿轮同时与齿圈的内齿轮、输入齿轮轴的外齿轮啮合；齿圈置于密封筒组件内腔，并且一端部与密封筒组件密封转动连接，另一端与试验筒组件密封固接。

5.如权利要求4所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：所述行星齿轮支架包括行星齿轮轴、第一轴承、顶座、底座、支撑筒、轴用弹性挡圈与孔用弹性挡圈，所述行星齿轮轴为阶梯轴，并且行星齿轮轴的第二段套上所述的轴用弹性挡圈，第四段套上所述的孔用弹性挡圈，都用于轴的固定与定位，所述的行星齿轮轴的第三段安装第一轴承，所述的行星齿轮轴的两端与所述的顶座与底座固接，所述的支撑筒通过双头螺栓与螺母支撑在所述的顶座与底座之间。

6.如权利要求3所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：所述密封筒组件包括密封筒左端盖、密封筒右端盖、密封筒筒体以及固定装置，所述密封筒筒体的两端部分别密封固装所述密封筒左端盖和所述密封筒右端，三者围成用于容纳试验筒组件的内腔，所述密封筒筒体顶部设有顶部用于与第二出水管连通的出水口和带有封堵螺栓的排气口，底部设有用于与第一出水管连通的出水口；所述密封筒左端盖、密封筒右端盖上设有用于安装引水装置、力传递单元的安装通孔；所述密封筒组件底部通过固定装置与试验平台支座或导轨平台拆卸式连接。

7.如权利要求3所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：所述试验筒组件同轴设置在密封筒组件内腔，包括水翼试验样件、试验筒左端盖和试验筒右端盖，所述水翼试验样件两端部分别密封固接试验筒左端盖和试验筒右端盖，试验筒右端盖与从密封腔右端盖安装通孔内伸入密封筒组件内腔的齿圈固接，试验筒左端盖与从密封腔左端盖安装通孔内伸入密封筒组件内腔的引水单元密封转动连接，保持引水单元的出水口与试验腔组件的内腔连通；所述水翼试验样件为两端敞口的圆柱筒结构，并且圆柱筒的筒体上设有若干可与其内腔连通的通孔；所述水翼试验样件一端通过沉头螺钉与所述的试验筒右端盖固接，所述的水翼试验样件另一端通过齿形结构与所述的试验筒左端盖固接。

8.如权利要求3所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：所述引水单元为带有轴向的贯通孔的引水轴，所述引水轴设置在密封筒左端盖和试验筒左端盖之间，所述引水轴的内端部与所述试验筒左端盖的安装孔密封转动连接、外端部与所述密封筒左端盖密封固定连接后，并且引水轴的外端与第二进水管的出水口管路连通，并保持引水轴的贯通孔与第二进水管的出水口相连通，用于将储水装置内的水引入试验筒组件内。

9.如权利要求8所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：第二进水管、第一出水管以及第二出水管上均设有控制阀，其中所述第二进水管上还设有流量计、压力表。

10.如权利要求7所述的一种可实现射流的水翼表面流体阻力测试装置，其特征在于：所述齿圈外壁与密封筒右端盖的安装通孔内壁间隙配合，并且间隙处增设用于密封的磁流体密封结构，包括极靴、永久磁铁和磁流体，整个磁流体密封结构安装在在所述的密封筒右端盖与所述的齿圈之间间隙内，所述的永久磁铁紧套所述的密封筒右端盖上的安装通孔内，所述的极靴共有两个，分列在所述的永久磁铁两侧，并且所述磁流体密封结构通过所述的磁流体在所述的密封筒右端盖和齿圈之间形成环形密封间隙，所述的密封筒右端盖的安装通孔用弹性挡圈与调整垫片嵌在所述的极靴外壁上，防止极靴与安装通孔之间泄漏。