CN110749416B - 一种电磁式超空化实验装置 - Google Patents

Abstract

一种电磁式超空化实验装置，属于电磁式超空化实验技术领域。该装置外形为圆形，外圆由极性相反的半圆形磁铁组成，内圆为缠绕着线圈的转子，与圆心处的转轴相连，能受外力驱动发生旋转，沿半径方向为轨道圆和动力棒槽，靠近内圆的动力棒内部安装了摄像装置，设置动力棒为透明壁面，可拍摄相应模型的空化现象，中间的大圆环为水域，水域上方为拖车，拖车与搭载模型的连接轴可进行转动，连接轴上附有力的传感器，来记录模型的相关运动数据，底部铺设加热层，可调控水温。此电磁式超空化实验装置可以使拖车获得很大的速度，即提高了相应模型运动的速度尺度，扩大获取数据的范围，也能够清晰的拍摄物体的空化现象，有利于开展更深层次的实验研究。

Description

一种电磁式超空化实验装置

技术领域

本发明属于电磁式超空化实验技术领域，具体涉及一种电磁式超空化实验装置。

背景技术

电磁式超空化实验装置的目的就是使模型在水池模拟实验时可以获得足够大的速度，并能准确获取实验数据和观察空化现象。常规的长方形水池，模型做直线运动难以达到高速状态，而以电磁驱动为原理的圆形水池，理论上可以使模型获得足够大的切向速度，同时底部加热层可调控实验环境温度，动力棒内部的摄像机则能清晰拍摄可供观察研究的空化现象，很大程度上扩大了水池实验的范围并提高了实验精度，实验所需验证的理论结果也会更为准确，对水池的进一步开发利用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁式超空化实验装置，使模型获得足够大的切向运动速度，在各种环境温度下，准确获取运动数据，清晰拍摄空化现象。

本发明的目的是这样实现的：

一种电磁式超空化实验装置，包括定子磁铁，转子线圈，圆形轨道，动力棒、动力凹槽，拖车，连接轴，后处理结构和底部加热层；整个实验装置外形为一个大的圆环，定子磁铁为最外圆；转子线圈为最内圆，与圆心处的转轴相连；沿着半径方向为圆形轨道和动力棒槽，中间的大圆环为水域，圆形轨道紧贴定子磁铁和转子结构，动力凹糟紧贴着相应的轨道圆，上方为搭载船模的拖车，承重于圆形轨道之间，拖车下方为搭载模型，拖车与搭载模型之间通过能转动的连接轴相连接；底部加热层铺设在水域底部，中间的圆环为水域。

所述的转子线圈与第一动力棒和第二动力棒相连，圆心处的转轴连接外动力。

所述的动力棒与转子线圈延伸部分相连，拖车与动力棒固连，动力棒为透明壁面。

所述的后处理结构由力传感器和摄像机组成，力传感器附在连接轴上，摄像机放置在靠近内圆的动力棒内部。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明电磁式超空化实验装置可以使拖车获得很大的速度，不仅提高了相应模型运动的速度尺度，扩大了获取数据的范围，并且能够清晰的拍摄物体的空化现象，有利于开展更深层次的实验研究；

(2)本发明通过改变线圈匝数和转速可使模型达到足够大的速度，连接轴上的力传感器和动力棒内的摄像机可分别记录运动数据和拍摄空化现象，底部的加热层可调控模型环境温度，提高的实验的准确性，并扩大了实验的范围。

附图说明

图1为回旋电磁式超空化装置俯视布局示意图；

图2为回旋电磁式超空化装置中俯视图局部示意图；

图3为回旋电磁式超空化装置中纵剖面示意图；

图4为拖车轨道的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

附图中标号为：第一动力棒1、第一轨道2、拖车3、第一动力棒槽4、第二动力棒5、正极磁铁6、圆心轴7、第二轨道8、第二动力棒槽9、负极磁铁10、水域11、第一滚轮12、第二滚轮13、第三滚轮14、模型15、力传感器16、连接轴17、摄像机18、第四滚轮19、第五滚轮20、第六滚轮21、底部加热层22。

一种电磁式超空化实验装置，它与传统的长方形实验池有很大不同，是外形为圆形的以电磁驱动为原理的超空化实验装置。

电磁式超空化实验装置外形类似于一个大的圆环。外圆由两个极性相反的半圆形磁铁组成，内圆是缠绕着线圈的转子，与圆心处的转轴相连，能受外力驱动发生旋转，沿着半径方向是轨道圆和动力棒槽，各两个，靠近内圆的动力棒内部安装了摄像装置，设置动力棒为透明壁面，可以拍摄相应模型的空化现象，中间的大圆环为水域，水域上方为拖车，拖车与搭载模型的连接轴可进行转动，连接轴上附有力的传感器，来记录模型的相关运动数据，底部铺设加热层，可调控水温。在一定环境温度下，当外力驱动转子旋转，线圈切割磁感线产生感应电流，并通过动力棒，进而在动力棒上产生洛伦兹力推动与其固连的拖车作圆周运动，力传感器则会记录做相应运动的模型的运动数据，同时，置于动力棒内部的摄像机会拍摄模型的空化现象。

一种电磁式超空化实验装置，由定子磁铁，转子线圈，圆形轨道，动力棒及其运动凹槽，，拖车，连接轴，力传感器，摄像机和底部加热层组成。定子磁铁为最外圆，转子线圈为最内圆，两个圆形轨道紧贴定子和转子，动力凹糟紧贴着相应的轨道圆，上方是搭载船模的拖车，承重于两个轨道圆之间，拖车下方为搭载模型，二者之间是可转动的连接轴，调整他们的相对位置，中间的圆环为水域，水域底部铺设加热层，圆心轴连接外动力。外力驱动线圈转动，切割磁感线产生感应电流，洛伦兹力推动动力棒和拖车作圆周运动，拖车下的连接轴调节模型与拖车的相对位置，连接轴上的传感器记录模型运动数据，动力棒内置的摄像机拍摄模型产生的空化现象，底部加热层调控实验的环境温度。

定子结构由正极磁铁6半圆和负极磁铁10半圆组成，产生包络整个水域11和运动区域的磁场。

转子结构由线圈和圆心轴7组成，外力驱使线圈转动，切割磁感线，在线圈中产生感应电流，线圈与第一动力棒1和第二动力棒5相连，传导电流。

动力结构由动力棒及其凹槽组成。动力棒与线圈延伸部分相连，当动力棒中流过感应电流时，由安培定律，动力棒上会产生洛伦兹力，驱动其沿垂直于自身方向运动，即做圆周运动，而拖车3与动力棒固连，相应的，拖车也会做圆周运动，并带动搭载模型15一起运动。线圈匝数越多转速越快，模型的运动速度就越快，理论上足以产生空化现象。

后处理结构由力传感器16和摄像机18组成。力传感器附在连接轴17上，准确记录模型的运动数据，摄像机放置在动力棒内部，随之一起运动，可通过透明的动力棒外壁拍摄清晰的空化现象。

电磁作用驱动动力棒和与之固连的拖车做圆周运动，带动搭载的模型做相应运动，模型与拖车相对位置靠可转动的连接轴进行调节。

在保证整体结构稳定的前提下，底部加热层启动调控环境温度，稳定后，通过外力驱动转子旋转，切割磁感线并在线圈中产生感应电流，流经动力棒会在磁场中产生洛伦兹力。使动力棒和与之固连的拖车获得切向速度。同时，线圈匝数越多，转速越快，产生的感应电流就越大，动力棒上产生的洛伦兹力就越大，相应的，拖车及其搭载的模型的运动速度就越大，同时，附在拖车与模型连接轴上的力传感器会记录相应数据，动力棒内部的摄像机会清晰拍摄模型的空化现象。

结合图1和图3，电磁式超空化实验装置的驱动原理为：

水池实验时，先通过底部加热层22调控至需要的环境温度，让外接电机带动圆心轴7旋转，使线圈发生转动，切割磁感线，产生感应电流，并流过动力棒，置于磁场中的动力棒会产生洛伦兹力，使得动力棒和与之固连的拖车3作切向的圆周运动。只要线圈转速够大，产生的感应电流和与之相应的洛伦兹力也会越大，那么拖车下搭载的模型15就会获得足够大的切向速度，甚至产生超空化现象。整个过程中，附在连接轴上17的力传感器16会记录模型运动数据，置于动力棒内部的摄像机18会拍摄模型的空化现象。

Claims (1)

1.一种电磁式超空化实验装置，其特征在于：包括定子磁铁，转子线圈，第一轨道、第二轨道，动力结构，拖车，连接轴，后处理结构和底部加热层；所述动力结构包括动力棒及其运动凹槽，动力棒为透明壁面，包括第一动力棒和第二动力棒，运动凹槽包括第一动力棒槽和第二动力棒槽，所述后处理结构由力传感器和摄像机组成，整个实验装置外形为一个大的圆环，定子磁铁为最外圆，转子线圈为最内圆，与圆心轴相连，所述圆心轴连接外动力；紧贴所述定子磁铁的内圈依次设置有圆环形的所述第一轨道和圆环形的所述第一动力棒槽，紧贴所述转子线圈的外圈依次设置有圆环形的所述第二轨道和圆环形的所述第二动力棒槽，所述第一动力棒槽和第二动力棒槽之间设置有圆环形水域，所述圆环形水域上方为搭载模型的拖车，所述拖车承重于圆环形的所述第一轨道和圆环形的所述第二轨道之间，所述拖车下方为搭载模型，所述拖车与所述搭载模型之间通过能转动的连接轴相连接，所述拖车与所述第一动力棒和所述第二动力棒固定连接，且所述第一动力棒和所述第二动力棒与转子线圈的延伸部分相连，传导电流，当外动力驱动转子线圈旋转，转子线圈切割磁感线产生感应电流，并通过所述第一动力棒和所述第二动力棒，进而在所述第一动力棒和所述第二动力棒上产生洛伦兹力推动与其固连的所述拖车做圆周运动，并带动所述搭载模型一起运动，所述力传感器附在所述连接轴上，准确记录搭载模型的运动数据，所述摄像机放置在所述第二动力棒内部，随之一起运动，可通过透明壁面拍摄清晰的超空化现象；底部加热层铺设在水域底部。

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