CN110033676A - 一种气膜减阻物理模拟测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气膜减阻物理模拟测试装置及其测试方法，属于流体阻力测量领域，包括供水/气系统、水/风洞系统、测力系统。供水/气系统采用高压储气罐与高压储水罐的组合；水/风洞系统中部实验段通过前、后支座固在安装架上；测力系统为传力杆前端固定测试模型伸入实验段圆筒，通过设置在盖板上的第一直线轴承伸出，后端通过测力公牙顶到测力计前端的测力母牙上。测试模型与流体相互作用而受阻，流体产生的作用力推动测试模型，传力杆将测试模型受到的作用力传递到测力计上，测出测试模型的阻力数据。该装置结构简单紧凑、操作简易、成本低廉，测试稳定可靠，更换实验模型方便，克服了水/风洞实验准备周期长，投资大的缺点。

Description

一种气膜减阻物理模拟测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及流体阻力测量的技术领域，尤其是指一种气膜减阻物理模拟测试装置及其测试方法。

背景技术

在流体力学测试领域内，水洞测试和风洞测试是获取实验数据的两种重要方式，既能获得测试模型在流体介质中所受的作用力，又可观察到测试模型与流体之间的相互作用。

水洞具有稳定的、可控制的水流，在测试过程中，测试模型保持静止或转动，水流动。水洞实验装置主要由稳定段、收缩段、实验段、扩散段等几个部分组成，根据水是否形成回流分为循环式水洞和开放式水洞。CN107402114A公开了一种多重嵌套式高速试验水洞，它的原理是利用多个水泵连接多个水管道，将管道组装后浸入水池内，该特征使得这种装置更换测试模型困难，实验准备周期长，效率低，成本高。水洞测试实验对于获得水下航行体、潜艇、鱼雷、船舶等模型的运动参数具有重要意义。

风洞测试是获取飞行器、汽车、高塔等模型空气阻力的实验方法，但风洞建设工程庞大，耗资高，实验过程复杂，准备周期长，这些问题严重制约了风阻测试的普及和推广，风洞实验装置和水洞实验装置类似，主要由稳定段、收缩段、实验段、扩散段等几个部分组成。CN103018002A公开了一种测定汽车模型风阻大小的测试装置及测试方法，它利用风机产生模拟风，该特征使得这种装置所能获取的风速比较低，噪声与振动大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中建设周期长、投资大、操作繁琐的缺点，提出了一种结构简单紧凑、操作简易、测试稳定可靠、成本低的气膜减阻物理模拟测试装置及其测试方法。

为实现上述目的，本发明所提供的一种技术方案为：一种气膜减阻物理模拟测试装置，包括供水系统、水洞系统和测力系统；所述供水系统包括水池、高压储水罐、高压储气罐、水泵和空气压缩机，所述水泵从水池中抽取水源，高压储水罐蓄水，在水泵和高压储水罐连接的管道上设置有单向阀，所述高压储水罐上设置有储水罐安全阀和储水罐压力控制开关，所述高压储水罐、高压储气罐和空气压缩机依次相接，空气压缩机工作，往高压储气罐中打入压缩空气，所述高压储气罐上设置有储气罐安全阀和储气罐压力控制开关；所述水洞系统包括入水口收缩段、实验段圆筒、出水口圆筒和盖板，所述水洞系统通过前支座和后支座固定在安装架上，所述水洞系统的入水口与高压储水罐的出水口相连，在入水口处设置导流栅和入水口收缩段，在前、后支座之间设置实验段圆筒，所述水洞系统的出水口设置有出水口圆筒和盖板，所述出水口圆筒与后支座相连接，所述盖板设置在出水口圆筒的端面，在出水口圆筒上设置一段排水管；所述测力系统包括传力杆、轴承支座、第一直线轴承、第二直线轴承、测力顶柱、测力公牙、测力母牙和测力计，在所述盖板上设置有第一直线轴承，所述传力杆的前端设置有用于固定测试模型的法兰盘，其后端设置有测力顶柱和测力公牙，所述测力公牙压到测力计前端的测力母牙上，所述测力计后端有数据采集接口，所述测力计通过支架固定在安装架上，所述轴承支座固定在安装架上，在所述轴承支座上设置有第二直线轴承，所述测试模型固定在传力杆的前端，伸入实验段圆筒之中，所述传力杆中伸进有进气软管，所述进气软管的一端与测试模型尾部相连，另一端外伸出连接气站；所述水洞系统与测力系统通过传力杆、第一直线轴承和第二直线轴承实现互连。

进一步，所述高压储气罐内的压力气体作用在高压储水罐罐内的水面上，当打开储水罐出水口阀门时，气体膨胀，使水快速流过实验段圆筒，对置于水洞系统中的测试模型产生作用力，测量出这个作用力随试验条件参数改变的变化，所述测试模型为多孔材料模型，具有透气不透水的性能，当往测试模型充入高压气体时，气体从测试模型表面渗透，其与外界高速流动的水或气体相互作用时，模型表面会被气体薄层包裹，测力系统实时测试并记录模型所受作用力变化。

进一步，所述实验段圆筒为透明圆筒；所述出水口圆筒为三通接头；所述传力杆为中空导杆；所述测力顶柱与传力杆为过盈配合；所述支架由相连的上、下板组成。

进一步，所述测力系统通过轴承支座和支架安装在安装架上，且轴向距离可调节。

所述气膜减阻物理模拟测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1)关闭高压储水罐的出水口阀门，接通水泵电源，水泵从水池中抽取水源，高压储水罐蓄水，待高压储水罐达到设定压力之后，储水罐压力控制开关自动跳开，接通空气压缩机电源，打开高压储气罐的进气口阀门，往高压储气罐中打入压缩空气，高压储气罐储气；

2)拧开盖板，将测试模型固定在传力杆的前端并伸入实验段圆筒，通过设置在盖板上的第一直线轴承和轴承支座上的第二直线轴承伸出，传力杆的后端设置测力顶柱和测力公牙，测力公牙顶到测力计前端的测力母牙上，固定好后拧紧盖板；打开高压储水罐的出水口阀门，高压储水罐中的水流进水洞系统前部，经过导流栅之后水流入实验段圆筒，再从后部出水口圆筒上的排水管流出，此时水在实验段圆筒内流动形成实验水洞；

3)固定在传力杆上的测试模型受到水流作用而受阻，水流产生的作用力推动测试模型，测试模型又将水流产生的作用力传递给传力杆，使传力杆沿着水流方向往后部轴向移动，传力杆的后端安装有测力顶柱，测力顶柱上的测力公牙压到测力计前端的测力母牙上，测出测试模型的阻力数据，测力计后端有数据采集接口，用于实时记录数据；

4)传力杆中设置的进气软管一端与测试模型尾部相连，另一端伸出连接气站，通过设置在进气软管上的阀门开闭测得测试模型有无气膜的阻力数据；

其中，出水口圆筒上的排水管将水排至水池中，重复使用；为尽量提高测试模型水下阻力测试数据的可靠性，减少误差，针对同一测试模型，需要连续测试3次取平均值，将其作为该测试模型测试的最终数据。

本发明所提供的另一种技术方案为：一种气膜减阻物理模拟测试装置，包括供气系统、风洞系统、测力系统；所述供气系统包括依次相接的高压储水罐、高压储气罐、空气压缩机，打开连通阀门，空气压缩机工作，往高压储气罐中打入压缩空气，所述高压储气罐上设置有储气罐安全阀和储气罐压力控制开关，所述高压储水罐中储存压缩空气；所述风洞系统包括入水口收缩段、实验段圆筒、出水口圆筒和盖板，所述风洞系统通过前支座和后支座固定在安装架上，所述风洞系统的进气口与高压储水罐的出水口相连，在进气口处设置导流栅和入水口收缩段，在前、后支座之间设置实验段圆筒，风洞系统的出口设置有出水口圆筒和盖板，出水口圆筒与后支座相连接，盖板设置在出水口圆筒的端面，在出水口圆筒上设置一段排气管；所述测力系统包括传力杆、轴承支座、第一直线轴承、第二直线轴承、测力顶柱、测力公牙、测力母牙和测力计，所述传力杆的前端设置有用于固定测试模型的法兰盘，其后端设置有测力顶柱和测力公牙，所述测力公牙压到测力计前端的测力母牙上，所述测力计后端有数据采集接口，所述测力计通过支架固定在安装架上，所述轴承支座固定在安装架上，在所述轴承支座上设置有第二直线轴承，所述测试模型固定在传力杆的前端，伸入实验段圆筒之中，所述传力杆中伸进有进气软管，所述进气软管的一端与测试模型尾部相连，另一端外伸出连接气站，所述进气软管向测试模型输入压缩空气，通过进气软管上设置的阀门开闭能够控制测试模型有无气膜；所述水洞系统与测力系统通过传力杆、第一直线轴承和第二直线轴承实现互连。

进一步，所述高压储气罐和高压储水罐内的压力气体膨胀，当打开高压储水罐的出水口阀门时，气体快速流过实验段圆筒，对置于风洞系统中的测试模型产生作用力，测量出这个作用力随试验条件参数改变的变化，所述测试模型为多孔材料模型，具有透气不透水的性能，当往测试模型充入高压气体时，气体从测试模型表面渗透，其与外界高速流动的气体相互作用时，模型表面会被气体薄层包裹，测力系统实时测试并记录模型所受作用力变化。

进一步，所述实验段圆筒为透明圆筒；所述出水口圆筒为三通接头；所述传力杆为中空导杆；所述测力顶柱与传力杆为过盈配合；所述支架由相连的上、下板组成。

进一步，所述测力系统通过轴承支座和支架安装在安装架上，且轴向距离可调节。

所述气膜减阻物理模拟测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1)关闭高压储水罐的出水口阀门，打开连通阀门，接通空气压缩机电源，打开高压储气罐的进气口阀门，往高压储气罐中打入压缩空气，高压储水罐和高压储气罐存储气体；

2)拧开盖板，将测试模型固定在传力杆的前端并伸入实验段圆筒，通过设置在盖板上的第一直线轴承和轴承支座上的第二直线轴承伸出，传力杆的后端设置测力顶柱和测力公牙，测力公牙顶到测力计前端的测力母牙上，固定好后拧紧盖板，打开高压储水罐的出水口阀门，高压储水罐中的压缩空气进入风洞系统，经过导流栅之后气体流入实验段圆筒，再从后部出水口圆筒上的排气管流出，此时压缩空气在实验段圆筒内流动形成实验风洞；

3)固定在传力杆上的测试模型受到气流作用而受阻，气流产生的作用力推动测试模型，测试模型又将气流产生的作用力传递给传力杆，使传力杆沿着气流方向往后部轴向移动，传力杆的后端安装有测力顶柱，测力顶柱上的测力公牙压到测力计前端的测力母牙上，测出测试模型的阻力数据，测力计后端有数据采集接口，用于实时记录数据；

4)传力杆中设置的进气软管一端与测试模型尾部相连，另一端伸出连接气站，通过进气软管上的阀门开闭测得测试模型有无气膜的阻力数据；

其中，出水口圆筒上的排气管将压缩空气排至外界；为尽量提高测试模型空气阻力测试数据的可靠性，减少误差，针对同一测试模型，需要连续测试3次取平均值，将其作为该测试模型测试的最终数据。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、调节高压储气罐内压力变化，可方便地达到高速水和高速风的试验条件，精确测量测试模型在水和风中连续受作用力的变化。

2、可以方便地通过改变罐内气体的压强改变水和风的流速。

3、可以通过给被测试模型通气或不通气，模型有气膜和无气膜情况下比较模型受到流体作用力的变化，从而测试出气膜减阻的效果。

4、采用高压储水罐与高压气罐的组合，既可获得高速水流或气流，又保证水流或气流的均匀连续；测试模型安装在传力杆的前端，通过盖板上的第一直线轴承伸入实验段圆筒；传力杆的后端通过测力顶柱、测力公牙压到测力计母牙上，整个装置结构紧凑，操作简易方便，替代了建设周期长、投资大、操作繁琐的水洞/风洞试验，一方面，简化了安装程序，提高了测试的效率，另一方面，节省了建造空间，节约了水洞/风洞试验实施的成本。

5、采用气浮直线轴承支撑传力杆，消除了摩擦的影响，测试力的曲线数据准确。

6、本发明装置结构紧凑、操作简易方便、测试稳定，可广泛用于潜艇、鱼雷、水下航行器等模型的水下阻力测试，可为实物优化设计、性能测定提供重要有价值的参考。

附图说明

图1是在水洞中气膜减阻物理模拟测试装置的结构示意图。

图2是在风洞中气膜减阻物理模拟测试装置的结构示意图

图3是测力系统的结构示意图(即图1和图2中的A局部放大图)。

图4是测力顶柱的结构示意图。

图5是测力公牙的结构示意图。

图6是测力母牙的结构示意图。

图7是盖板的结构示意图。

图8是气浮直线轴承的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1、图3至图7所示，本实施例所提供的是一种在水洞中气膜减阻物理模拟测试装置，包括供水系统、水洞系统和测力系统；供水系统包括水池1、高压储水罐13、高压储气罐5、水泵2和空气压缩机3，水泵2从水池1中抽取水源，高压储水罐13蓄水，在水泵2和高压储水罐13连接的管道上设置有单向阀6，高压储水罐13上设置有储水罐安全阀11和储水罐压力控制开关12，高压储水罐13、高压储气罐5和空气压缩机3依次相接，空气压缩机3工作，往高压储气罐5中打入压缩空气，高压储气罐5上设置有储气罐安全阀8和储气罐压力控制开关7；水洞系统包括入水口收缩段15、实验段圆筒17、出水口圆筒20和盖板21，水洞系统通过前支座16和后支座19固定在安装架22上，水洞系统的入水口与高压储水罐13的出水口相连，在入水口处设置导流栅(图中未示出)和入水口收缩段15，在前、后支座之间设置实验段圆筒17，实验段圆筒17为透明圆筒，水洞系统的出水口设置有出水口圆筒20和盖板21，出水口圆筒20为三通接头，出水口圆筒20与后支座19相连接，盖板21设置在出水口圆筒20的端面，在出水口圆筒20上设置一段排水管；测力系统包括传力杆24、轴承支座25、第一直线轴承(图中未示出)、第二直线轴承26、测力顶柱27、测力公牙28、测力母牙29和测力计30，在盖板24上设置有第一直线轴承(图中未示出)，传力杆24的前端设置有用于固定测试模型18的法兰盘(图中未示出)，其后端设置有测力顶柱27和测力公牙28，测力公牙28压到测力计30前端的测力母牙29上，测力计30后端有数据采集接口31，测力计30通过支架固定在安装架22上，轴承支座25固定在安装架22上，在轴承支座25上设置有第二直线轴承26，测试模型18固定在传力杆24的前端，伸入实验段圆筒17之中，传力杆24中伸进有进气软管23，进气软管23的一端与测试模型18尾部相连，另一端外伸出连接气站；水洞系统与测力系统通过传力杆24、第一直线轴承(图中未示出)和第二直线轴承26实现互连。所述传力杆24为中空导杆；所述测力顶柱27与传力杆24为过盈配合；所述支架由相连的上、下板32、33组成。所述测力系统通过轴承支座25和支架安装在安装架22上，且轴向距离可调节。

所述高压储气罐5内的压力气体作用在高压储水罐13罐内的水面上，当打开高压储水罐13的出水口阀门时，气体膨胀，使水快速流过实验段圆筒14，对置于水洞系统中的测试模型18产生作用力，测量出这个作用力随试验条件参数改变的变化，所述测试模型18为多孔材料模型，具有透气不透水的性能，当往测试模型18充入高压气体时，气体从测试模型18表面渗透，其与外界高速流动的水或气体相互作用时，模型表面会被气体薄层包裹，测力系统实时测试并记录模型所受作用力变化。

以下为本实施例上述在水洞中气膜减阻物理模拟测试装置的测试方法，包括步骤：

1)关闭高压储水罐13的出水口阀门14，接通水泵2电源，水泵2从水池1中抽取水源，高压储水罐13蓄水，待高压储水罐13达到设定压力之后，储水罐压力控制开关12自动跳开，接通空气压缩机3电源，打开高压储气罐5的进气口阀门4，往高压储气罐5中打入压缩空气，高压储气罐5储气；

2)拧开盖板21，将测试模型18固定在传力杆24的前端伸入实验段圆筒17，通过设置在盖板21上的第一直线轴承(图中未示出)和轴承支座25上的第二直线轴承26伸出，传力杆24后端设置测力顶柱27和测力公牙28，测力公牙28顶到测力计30前端的测力母牙29上，固定好后拧紧盖板21；打开高压储水罐13的出水口阀门14将高压储水罐13中的水通过入水口收缩段15进入水洞系统前部，经过导流栅(图中未示出)之后水流入实验段圆筒17，再从后部出水口圆筒20上的排水管流出，此时水在实验段圆筒17内流动形成实验水洞；

3)固定在传力杆24上的测试模型18受到水流作用而受阻，水流产生的推力推动测试模型18，测试模型18又将水流产生的作用力传递给传力杆24，使传力杆24沿着水流方向往后部轴向移动，传力杆24的后端安装有测力顶柱27，测力顶柱27上的测力公牙28压到测力计30前端的测力母牙29上，测出测试模型18的阻力数据，测力计30后端有数据采集接口31，用于实时记录数据。

4)传力杆24中设置的进气软管23一端与测试模型18尾部相连，另一端伸出连接气站，通过设置在进气软管23上的阀门开闭可测得模型有无气膜的阻力数据；

其中，出水口圆筒20上的排水管将水排至水池1中，重复使用；为尽量提高测试模型水下阻力测试数据的可靠性，减少误差，针对同一测试模型，需要连续测试3次取平均值，将其作为该测试模型测试的最终数据。

实施例2

参见图2至图7所示，本实施例所提供的是一种在风洞中气膜减阻物理模拟测试装置，包括供气系统、风洞系统、测力系统；供气系统包括高压储水罐13、高压储气罐5、空气压缩机3，关闭高压储水罐13的进气口阀门6，空气压缩机3工作，往高压储气罐5中打入压缩空气，高压储气罐5上设置有储气罐安全阀8和储气罐压力控制开关7，高压储水罐13中储存压缩空气；风洞系统包括入水口收缩段15、实验段圆筒17、出水口圆筒20和盖板21，风洞系统通过前支座16和后支座19固定在安装架22上，风洞系统的入气口与高压储水罐13的出水口相连，在入气口处设置导流栅(图中未示出)和入水口收缩段15，在前、后支座之间设置实验段圆筒17，实验段圆筒17为透明圆筒，风洞系统的出口设置有出水口圆筒20和盖板21，出水口圆筒20为三通接头，出水口圆筒20与后支座19相连接，盖板21设置在出水口圆筒20的端面，在出水口圆筒20上设置一段排气管；测力系统I包括传力杆24、轴承支座25、第一直线轴承(图中未示出)、第二直线轴承26、测力顶柱27、测力公牙28、测力母牙29和测力计30，传力杆24前端设置有用于固定测试模型18的法兰盘(图中未示出)，后端设置测力顶柱27和测力公牙28，测力公牙28压到测力计30顶端的测力母牙29上，轴承支座25固定在安装架22上，在轴承支座25上设置有第二直线轴承26，测试模型18固定在传力杆24的前端，伸入实验段圆筒17之中，传力杆24中伸进有进气软管23，进气软管23的一端与测试模型18的尾部相连，另一端外伸出连接气站，进气软管23向测试模型18输入压缩空气，通过进气软管23上设置的阀门开闭可控制模型有无气膜。风洞系统与测力系统通过传力杆24、第一直线轴承(图中未示出)和第二直线轴承26实现互连。所述传力杆24为中空导杆；所述测力顶柱27与传力杆24为过盈配合；所述支架由相连的上、下板32、33组成。所述测力系统通过轴承支座25和支架安装在安装架22上，且轴向距离可调节。

所述高压储气罐5和高压储水罐13内的压力气体膨胀，当打开高压储水罐13的出水口阀门时，气体快速流过实验段圆筒17，对置于风洞系统中的测试模型18产生作用力，测量出这个作用力随试验条件参数改变的变化，所述测试模型18为多孔材料模型，具有透气不透水的性能，当往测试模型18充入高压气体时，气体从测试模型18表面渗透，其与外界高速流动的气体相互作用时，模型表面会被气体薄层包裹，测力系统实时测试并记录模型所受作用力变化。

以下为本实施例上述在风洞中气膜减阻物理模拟测试装置的测试方法，包括步骤：

1)关闭高压储水罐13的出水口阀门14，接通空气压缩机3电源，打开高压储气罐5的进气口阀门4，往高压储气罐5中打入压缩空气，高压储水罐13和高压储气罐5储气；

2)拧开盖板21，将测试模型18固定在传力杆24的前端伸入实验段圆筒17，通过设置在盖板21上的第一直线轴承和轴承支座25上的第二直线轴承26伸出，传力杆24的后端设置测力顶柱27和测力公牙28，测力公牙28顶到测力计30前端的测力母牙29上，固定好后拧紧盖板21，打开储水罐出水口阀门14，将高压储水罐13中的压缩空气通过入水口收缩段15进入风洞系统前部，经过导流栅(图中未示出)之后水流入实验段圆筒17，再从后部出水口圆筒20上的排气管流出，此时压缩空气在实验段圆筒17内流动形成实验风洞；

3)固定在传力杆24上的测试模型18受到气流作用而受阻，气流产生的推力推动测试模型18，测试模型18又将气流产生的推力传递给传力杆24，使传力杆24沿着气流方向往后部轴向移动，传力杆24的后端安装有测力顶柱27，测力顶柱27上的测力公牙28压到测力计30前端的测力母牙29上，测出测试模型18的阻力数据，测力计30后端有数据采集接口31，用于实时记录数据。

4)传力杆24中设置的进气软管23一端与测试模型18尾部相连，另一端伸出连接气站，通过进气软管23上的阀门开闭可测得模型有无气膜的阻力数据；

其中，出水口圆筒20上的排气管将压缩空气排至外界；为尽量提高测试模型空气阻力测试数据的可靠性，减少误差，针对同一测试模型，需要连续测试3次取平均值，将其作为该测试模型测试的最终数据。

实施例3

与实施例1和实施例2的不同之处在于：本实施例使用两个气浮直线轴承代替轴承支座25、第一直线轴承(图中未示出)和第二直线轴承26，气浮直线轴承结构请参见图8所示，包括端盖34、多孔材料35、气管接头36、端盖紧固螺钉37和支座38，采用气浮直线轴承支撑传力杆24，消除了摩擦力的影响。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气膜减阻物理模拟测试装置，其特征在于：包括供水系统、水洞系统和测力系统；所述供水系统包括水池、高压储水罐、高压储气罐、水泵和空气压缩机，所述水泵从水池中抽取水源，高压储水罐蓄水，在水泵和高压储水罐连接的管道上设置有单向阀，所述高压储水罐上设置有储水罐安全阀和储水罐压力控制开关，所述高压储水罐、高压储气罐和空气压缩机依次相接，空气压缩机工作，往高压储气罐中打入压缩空气，所述高压储气罐上设置有储气罐安全阀和储气罐压力控制开关；所述水洞系统包括入水口收缩段、实验段圆筒、出水口圆筒和盖板，所述水洞系统通过前支座和后支座固定在安装架上，所述水洞系统的入水口与高压储水罐的出水口相连，在入水口处设置导流栅和入水口收缩段，在前、后支座之间设置实验段圆筒，所述水洞系统的出水口设置有出水口圆筒和盖板，所述出水口圆筒与后支座相连接，所述盖板设置在出水口圆筒的端面，在出水口圆筒上设置一段排水管；所述测力系统包括传力杆、轴承支座、第一直线轴承、第二直线轴承、测力顶柱、测力公牙、测力母牙和测力计，在所述盖板上设置有第一直线轴承，所述传力杆的前端设置有用于固定测试模型的法兰盘，其后端设置有测力顶柱和测力公牙，所述测力公牙压到测力计前端的测力母牙上，所述测力计后端有数据采集接口，所述测力计通过支架固定在安装架上，所述轴承支座固定在安装架上，在所述轴承支座上设置有第二直线轴承，所述测试模型固定在传力杆的前端，伸入实验段圆筒之中，所述传力杆中伸进有进气软管，所述进气软管的一端与测试模型尾部相连，另一端外伸出连接气站；所述水洞系统与测力系统通过传力杆、第一直线轴承和第二直线轴承实现互连。

2.根据权利要求1所述的一种气膜减阻物理模拟测试装置，其特征在于：所述高压储气罐内的压力气体作用在罐内的水面上，当打开高压储水罐的出水口阀门时，气体膨胀，使水快速流过实验段圆筒，对置于水洞系统中的测试模型产生作用力，测量出这个作用力随试验条件参数改变的变化，所述测试模型为多孔材料模型，具有透气不透水的性能，当往测试模型充入高压气体时，气体从测试模型表面渗透，其与外界高速流动的水或气体相互作用时，模型表面会被气体薄层包裹，测力系统实时测试并记录模型所受作用力变化。

3.根据权利要求1所述的一种气膜减阻物理模拟测试装置，其特征在于：所述实验段圆筒为透明圆筒；所述出水口圆筒为三通接头；所述传力杆为中空导杆；所述测力顶柱与传力杆为过盈配合；所述支架由相连的上、下板组成。

4.根据权利要求1所述的一种气膜减阻物理模拟测试装置，其特征在于：所述测力系统通过轴承支座和支架安装在安装架上，且轴向距离可调节。

5.一种权利要求1所述气膜减阻物理模拟测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)关闭高压储水罐的出水口阀门，接通水泵电源，水泵从水池中抽取水源，高压储水罐蓄水，待高压储水罐达到设定压力之后，储水罐压力控制开关自动跳开，接通空气压缩机电源，打开高压储气罐进气口阀门，往高压储气罐中打入压缩空气，高压储气罐储气；

2)拧开盖板，将测试模型固定在传力杆的前端并伸入实验段圆筒，通过设置在盖板上的第一直线轴承和轴承支座上的第二直线轴承伸出，传力杆的后端设置测力顶柱和测力公牙，测力公牙顶到测力计前端的测力母牙上，固定好后拧紧盖板；打开高压储水罐的出水口阀门，将高压储水罐中的水通过入水口收缩段进入水洞系统前部，经过导流栅之后水流入实验段圆筒，再从后部出水口圆筒上的排水管流出，此时水在实验段圆筒内流动形成实验水洞；

3)固定在传力杆上的测试模型受到水流作用而受阻，水流产生的作用力推动测试模型，测试模型又将水流产生的作用力传递给传力杆，使传力杆沿着水流方向往后部轴向移动，传力杆的后端安装有测力顶柱，测力顶柱上的测力公牙压到测力计前端的测力母牙上，测出测试模型的阻力数据，测力计后端有数据采集接口，用于实时记录数据；

4)传力杆中设置的进气软管一端与测试模型尾部相连，另一端伸出连接气站，通过设置在进气软管上的阀门开闭测得测试模型有无气膜的阻力数据；

其中，出水口圆筒上的排水管将水排至水池中，重复使用；为尽量提高测试模型水下阻力测试数据的可靠性，减少误差，针对同一测试模型，需要连续测试3次取平均值，将其作为该测试模型测试的最终数据。

6.一种气膜减阻物理模拟测试装置，其特征在于：包括供气系统、风洞系统、测力系统；所述供气系统包括依次相接的高压储水罐、高压储气罐、空气压缩机，关闭高压储水罐的进气口阀门，空气压缩机工作，往高压储气罐中打入压缩空气，所述高压储气罐上设置有储气罐安全阀和储气罐压力控制开关，所述高压储水罐中储存压缩空气；所述风洞系统包括入水口收缩段、实验段圆筒、出水口圆筒和盖板，所述风洞系统通过前支座和后支座固定在安装架上，所述风洞系统的入气口与高压储水罐的出水口相连，在入气口处设置导流栅和入水口收缩段，在前、后支座之间设置实验段圆筒，风洞系统的出口设置有出水口圆筒和盖板，出水口圆筒与后支座相连接，盖板设置在出水口圆筒的端面，在出水口圆筒上设置一段排气管；所述测力系统包括传力杆、轴承支座、第一直线轴承、第二直线轴承、测力顶柱、测力公牙、测力母牙和测力计，所述传力杆的前端设置有用于固定测试模型的法兰盘，其后端设置有测力顶柱和测力公牙，所述测力公牙压到测力计前端的测力母牙上，所述测力计后端有数据采集接口，所述测力计通过支架固定在安装架上，所述轴承支座固定在安装架上，在所述轴承支座上设置有第二直线轴承，所述测试模型固定在传力杆的前端，伸入实验段圆筒之中，所述传力杆中伸进有进气软管，所述进气软管的一端与测试模型尾部相连，另一端外伸出连接气站，所述进气软管向测试模型输入压缩空气，通过进气软管上设置的阀门开闭能够控制测试模型有无气膜；所述风洞系统与测力系统通过传力杆、第一直线轴承和第二直线轴承实现互连。

7.根据权利要求6所述的一种气膜减阻物理模拟测试装置，其特征在于：所述高压储气罐内的压力气体作用在罐内的水面上，当打开高压储水罐的出水口阀门时，气体膨胀，使水快速流过实验段圆筒，对置于气洞系统中的测试模型产生作用力，测量出这个作用力随试验条件参数改变的变化，所述测试模型为多孔材料模型，具有透气不透水的性能，当往测试模型充入高压气体时，气体从测试模型表面渗透，其与外界高速流动的水或气体相互作用时，模型表面会被气体薄层包裹，测力系统实时测试并记录模型所受作用力变化。

8.根据权利要求6所述的一种气膜减阻物理模拟测试装置，其特征在于：所述实验段圆筒为透明圆筒；所述出水口圆筒为三通接头；所述传力杆为中空导杆；所述测力顶柱与传力杆为过盈配合；所述支架由相连的上、下板组成。

9.根据权利要求6所述的一种气膜减阻物理模拟测试装置，其特征在于：所述测力系统通过轴承支座和支架安装在安装架上，且轴向距离可调节。

10.一种权利要求6所述气膜减阻物理模拟测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)关闭高压储水罐的出水口阀，接通空气压缩机电源，打开高压储气罐的进气口阀门，往高压储气罐中打入压缩空气，高压储水罐和高压储气罐储气；

2)拧开盖板，将测试模型固定在传力杆的前端并伸入实验段圆筒，通过设置在盖板上的第一直线轴承和轴承支座上的第二直线轴承伸出，传力杆的后端设置测力顶柱和测力公牙，测力公牙顶到测力计前端的测力母牙上，固定好后拧紧盖板，打开高压储水罐的出水口阀门，将高压储水罐中的压缩空气通过入水口收缩段进入风洞系统前部，经过导流栅之后水流入实验段圆筒，再从后部出水口圆筒上的排气管流出，此时压缩空气在实验段圆筒内流动形成实验风洞；

3)固定在传力杆上的测试模型受到气流作用而受阻，气流产生的推力推动测试模型，测试模型又将气流产生的推力传递给传力杆，使传力杆沿着气流方向往后部轴向移动，传力杆的后端安装有测力顶柱，测力顶柱上的测力公牙压到测力计前端的测力母牙上，测出测试模型的阻力数据，测力计后端有数据采集接口，用于实时记录数据；

4)传力杆中设置的进气软管一端与测试模型尾部相连，另一端伸出连接气站，通过进气软管上的阀门开闭测得测试模型有无气膜的阻力数据；

其中，出水口圆筒上的排气管将压缩空气排至外界；为尽量提高测试模型空气阻力测试数据的可靠性，减少误差，针对同一测试模型，需要连续测试3次取平均值，将其作为该测试模型测试的最终数据。