CN110261063A - 一种高速射弹入水空化现象测试系统及测试方法 - Google Patents

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张宇
王彬文
刘小川
惠旭龙
葛宇静
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    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B35/00—Testing or checking of ammunition
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

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Abstract

本发明公开了一种高速射弹入水空化现象测试系统，包括光源、实验件、支撑装置、镜面、镜面支撑架、高速摄像机、数据存储系统、控制系统和角铁，所述的支撑装置顶面设置有一个贯通的凹槽，凹槽上设置有大小与其相同的玻璃板，角铁设置在支撑装置顶面，实验件设置在角铁上，镜面通过镜面支撑架倾斜设置在支撑装置内，且镜面正对所述凹槽上的玻璃板，光源设置在实验件顶部，高速摄像机正对所述镜面，且分别与数据存储系统、控制系统连接，满足内部含特殊结构(例如格栅结构)实验件或考虑实验件侧壁板变形的高速射弹入水空化现象的测试与分析，并降低实验件密封难度，减少测试方法对实验件设计的约束性。

Description

一种高速射弹入水空化现象测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及流固耦合结构高速冲击实验技术领域，尤其涉及一种高速射弹入水空化现象测试系统及测试方法。
背景技术
空化现象是1895年Barnaby和Parsons在研究螺旋桨推力在高速下出现严重下降问题时发现的。当高速射弹击穿燃油箱结构时，液体会产生空化现象，形成水锤效应，导致燃油箱产生裂缝甚至严重破损，可能使飞机失去其重要组成结构。因此，有必要对高速射弹入水冲击产生的空化现象进行研究。
目前，国内外在高速射弹入水冲击实验中，均不考虑流固耦合对实验件侧壁板变形的影响，通过用玻璃板代替侧壁板实现空化现象的测试与分析。该方法忽略了侧壁板的变形，改变了实验件刚度分布，与真实状态不符合，此外密封也是需要解决的问题。当实验件内部含有其它特殊结构时，例如格栅结构，该方法也无法观测获得实验件内部的空化现象。针对内部含有特殊结构实验件或为了获得实验件侧壁板变形，需要结合特殊的测试方法来实现实验目的。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种高速射弹入水空化现象测试系统及测试方法，满足内部含特殊结构(例如格栅结构)实验件或考虑实验件侧壁板变形的高速射弹入水空化现象的测试与分析，并降低实验件密封难度，减少测试方法对实验件设计的约束性。
本发明的技术方案：
一种高速射弹入水空化现象测试系统，包括光源、实验件、支撑装置、镜面、镜面支撑架、高速摄像机、数据存储系统、控制系统和角铁，所述的支撑装置顶面设置有一个贯通的凹槽，所述的凹槽上设置有大小与其相同的玻璃板，所述的角铁设置在支撑装置顶面，所述的实验件设置在角铁上，所述的镜面通过镜面支撑架倾斜设置在支撑装置内，且镜面正对所述凹槽上的玻璃板，所述的光源设置在实验件顶部，所述的高速摄像机正对所述镜面，且分别与数据存储系统、控制系统连接。
所述的玻璃板为聚碳酸酯玻璃板，其厚度为15mm。
所述的玻璃板通过密封胶固定设置在支撑装置顶面的凹槽上。
所述的光源为LED光源，且光源数量大于一个。
所述的镜面支撑架底部固定在地轨上，且高度可调节。
所述的支撑装置四个侧面均为镂空结构。
所述的支撑装置底部也固定在地轨上。
一种高速射弹入水空化现象测试系统，所述的测试方法包括以下步骤：
步骤1：开启光源，调整光源位置，避免出现阴影区域并保证光照强度；
步骤2：在聚碳酸酯玻璃板和镜面上做参考标记点，用于标注尺寸信息；
步骤3：调整镜面支撑架的高度来调整镜面的角度，使镜面与地面夹角保持为45°；
步骤4：调整高速摄像系统拍摄位置，保证聚碳酸酯玻璃板上的标尺与镜面上的标尺长度一致；
步骤5：设置控制系统和高速摄像系统参数，完成测试。
本发明的有益效果：提供一种高速射弹入水空化现象测试系统及测试方法，可针对内部含特殊结构(例如格栅结构)实验件或考虑实验件侧壁板变形等情况下高速射弹入水产生的空穴特性进行测试，且该测试方法适用范围广，对实验件设计约束小，提高了实验对象的适用性，同时，本发明改变了传统实验件侧壁板为玻璃板的设计方案，保证了实验件的完整性，同时降低实验件密封问题，降低实验成本。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2是本发明实验件及支撑装置结构示意图；
图中标识：1是光源，2是实验件，3是支撑装置，4是镜面，5是镜面支撑架，6是高速摄像机，7是数据存储系统，8是控制系统，9是角铁，10是玻璃板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的介绍，本发明所述的一种高速射弹入水空化现象测试系统，包括光源1、实验件2、支撑装置3、镜面4、镜面支撑架5、高速摄像机6、数据存储系统7、控制系统8和角铁9，所述的支撑装置3顶面设置有一个贯通的凹槽，所述的凹槽上设置有大小与其相同的玻璃板10，所述的角铁9设置在支撑装置3顶面，所述的实验件2设置在角铁9上，所述的镜面4通过镜面支撑架5倾斜设置在支撑装置3内，且镜面4正对所述凹槽上的玻璃板10，所述的光源1设置在实验件2顶部，所述的高速摄像机6正对所述镜面4，且分别与数据存储系统7、控制系统8连接。
所述的玻璃板10为聚碳酸酯玻璃板，其厚度为15mm，保证光路的传播。
所述的玻璃板10通过密封胶固定设置在支撑装置3顶面的凹槽上。
所述的光源1为LED光源，且光源1数量大于一个，避免出现阴影区域，同时提供足够的光照强度，保证测试结果的可视性。
所述的镜面支撑架5底部固定在地轨上，且高度可调节。
所述的支撑装置3四个侧面均为镂空结构。
所述的支撑装置3底部也固定在地轨上。
一种高速射弹入水空化现象测试系统，所述的测试方法包括以下步骤：
步骤1：开启光源1，调整光源1位置，避免出现阴影区域并保证光照强度；
步骤2：在聚碳酸酯玻璃板10和镜面4上做参考标记点，用于标注尺寸信息；
步骤3：调整镜面支撑架5的高度来调整镜面4的角度，使镜面4与地面夹角保持为45°；
步骤4：调整高速摄像系统6拍摄位置，保证聚碳酸酯玻璃板10上的标尺与镜面4上的标尺长度一致，用于确保高速摄像获得的空化特性与实际结果一致；
步骤5：设置控制系统8和高速摄像系统6参数，完成测试。
通过步骤1￣5，即可基于镜面4反射原理来测试高速射弹入水产生的空化现象，获得内部含特殊结构(例如格栅结构)实验件2或考虑实验件2侧壁板变形等情况下高速射弹入水产生的空化现象，极大的提高了实验对象的适用性。
本发明的方法中支撑装置3上端面采用15mm厚聚碳酸酯玻璃，10，并在实验件2上端采用LED光源提供光照，在玻璃板10下方通过镜面4将箱体内部结构反射给右边的高速摄像系统6，通过调整镜面4角度与高速摄像系统6位置，观察高速射弹入水产生的空化现象，同时，保证了实验件2结构的完整性，可以得到侧壁板在流固耦合作用下的变形，并降低了密封难度，降低实验成本。

Claims (8)

1.一种高速射弹入水空化现象测试系统，其特征在于：包括光源(1)、实验件(2)、支撑装置(3)、镜面(4)、镜面支撑架(5)、高速摄像机(6)、数据存储系统(7)、控制系统(8)和角铁(9)，所述的支撑装置(3)顶面设置有一个贯通的凹槽，所述的凹槽上设置有大小与其相同的玻璃板(10)，所述的角铁(9)设置在支撑装置(3)顶面，所述的实验件(2)设置在角铁(9)上，所述的镜面(4)通过镜面支撑架(5)倾斜设置在支撑装置(3)内，且镜面(4)正对所述凹槽上的玻璃板(10)，所述的光源(1)设置在实验件(2)顶部，所述的高速摄像机(6)正对所述镜面(4)，且分别与数据存储系统(7)、控制系统(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高速射弹入水空化现象测试系统，其特征在于：所述的玻璃板(10)为聚碳酸酯玻璃板，其厚度为15mm。
3.根据权利要求1所述的一种高速射弹入水空化现象测试系统，其特征在于：所述的玻璃板通过密封胶固定设置在支撑装置(3)顶面的凹槽上。
4.根据权利要求1所述的一种高速射弹入水空化现象测试系统，其特征在于：所述的光源(1)为LED光源，且光源(1)数量大于一个。
5.根据权利要求1所述的一种高速射弹入水空化现象测试系统，其特征在于：所述的镜面支撑架(5)底部固定在地轨上，且高度可调节。
6.根据权利要求1所述的一种高速射弹入水空化现象测试系统，其特征在于：所述的支撑装置(3)四个侧面均为镂空结构。
7.根据权利要求1所述的一种高速射弹入水空化现象测试系统，其特征在于：所述的支撑装置(3)底部也固定在地轨上。
8.一种高速射弹入水空化现象测试系统，其特征在于：所述的测试方法包括以下步骤：
步骤1：开启光源(1)，调整光源(1)位置，避免出现阴影区域并保证光照强度；
步骤2：在玻璃板(10)和镜面(4)上做参考标记点，用于标注尺寸信息；
步骤3：调整镜面支撑架(5)的高度来调整镜面(4)的角度，使镜面(4)与地面夹角保持为45°；
步骤4：调整高速摄像系统(6)拍摄位置，保证玻璃板(10)上的标尺与镜面(4)上的标尺长度一致；
步骤5：设置控制系统(8)和高速摄像系统(6)参数，完成测试。
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