CN114608797A - 液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台及实验方法，本发明的多功能实验平台搭建了第一实验平台和第二实验平台，第一实验平台与丝杠之间通过第一力传感器进行固定连接，第二实验平台与第一实验平台除通过底部的第二静压导轨连接以外，还设置了第二力传感器。第一实验平台、第二实验平台和充液储箱上均固定有加速度传感器。充液储箱与第二实验平台固连。通过伺服电机控制系统驱动伺服电机，伺服电机通过丝杠带动第一实验平台和第二实验平台运动，进而带动充液储箱内的液体产生受迫振动，可准确的获得大型形状复杂的充液储箱内液体晃动特性。通过信号采集系统获得液体晃动力和加速度的数据。通过高速摄像机记录液面的变化情况。

Description

液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台及实验方法

技术领域

本发明涉及液体晃动试验领域，更具体地，涉及一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台及实验方法。

背景技术

充液航天器的液体晃动是指带有自由液面的液体燃料在贮箱中的运动。由于轨道或姿态机动、交会对接及软着陆等任务日益增多，导致航天器的充液量增大进而产生强非线性的大幅晃动，产生的液体晃动力及晃动力矩将是对航天器的姿态稳定性和控制精度的重大挑战。

目前，现有的液体晃动实验多针对于矩形、圆柱形等平底贮箱。而航天器的贮箱形状多为球形和卡西尼形，对于此类贮箱的实验研究非常少，国内更是缺乏此类贮箱的研究。而且传统晃动实验的贮箱通常很小，现有技术中的实验平台都不能够满足要求。

因此，亟需提供一种能够适应尺寸较大的球形和卡西尼形等特殊形状的贮箱的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台及实验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台及实验方法，以适应尺寸较大、形状为球形或卡西尼形等特殊形状的贮箱。

一方面，本发明提供了一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，包括：

实验基座；

第一静压导轨，沿第一方向延伸且沿第二方向对称设置在所述实验基座上，所述第一静压导轨上设有第一滑块，所述第一滑块与所述第一静压导轨滑动连接，所述第一滑块沿所述第一方向相对所述第一静压导轨运动，所述第一方向和所述第二方向相交；

第一实验平台，与所述第一滑块远离所述第一静压导轨的一侧固定连接，所述第一实验平台的中部具有第一镂空区，所述第一实验平台上设有第一加速度传感器；

第二静压导轨，沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向对称设置在所述第一实验平台上，所述第二静压导轨上设有第二滑块，所述第二滑块与所述第二静压导轨滑动连接，所述第二滑块沿所述第二方向相对所述第二静压导轨运动；

第二实验平台，与所述第二滑块远离所述第二静压导轨的一侧固定连接，所述第二实验平台的中部具有第二镂空区，在垂直于所述实验基座的方向上，所述第一镂空区和所述第二镂空区至少部分重叠，所述第二实验平台上设有第二加速度传感器；

伺服电机，位于所述实验基座上，通过丝杠与所述第一实验平台相连接，在所述伺服电机与所述第一实验平台之间设有第一力传感器；

伺服电机控制系统，与所述伺服电机电连接，用于控制所述伺服电机的旋转运动；

充液储箱，卡合在所述第二实验平台的第二镂空区中和所述第一实验平台的第一镂空区中，且与所述第二实验平台固定连接，所述充液储箱的表面设有第三加速度传感器；

第二力传感器，所述第二力传感器的一端与所述第一实验平台相连接，另一端与所述第二实验平台相连接；

高速摄像机，采集充液储箱中液体液面图像；

信号采集系统，分别与所述第一力传感器、所述第二力传感器、所述第一加速度触感器、所述第二加速度传感器和所述第三加速度传感器电连接，采集数字信号，并对所述数字信号进行信号处理，得到所述充液储箱受迫振动时液体的晃动力。

另一方面，本发明还提供了一种应用上述液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台的实验方法，包括步骤：

通过伺服电机控制系统控制所述伺服电机旋转运动；

所述伺服电机通过所述丝杠带动所述第一实验平台在所述第一方向上运动；

所述充液储箱内的液体产生受迫振动，同时带动所述第二实验平台在所述第二方向上运动；

通过所述高速摄像机记录充液储箱内液面的变化情况；

通过信号采集系统获得所述第一力传感器、所述第二力传感器、所述第一加速度传感器、所述第二加速度传感器、所述第三加速度传感器的力学数据和加速度数据；

所述充液储箱内的液体晃动力包括第一方向上的晃动力F_x晃动和第二方向上的晃动力F_y晃动，

F_x晃动＝Fx(t)-m×a(t)-u×m×g，

其中，Fx(t)为所述第一力传感器测得的力，m为所述多功能实验平台的总质量，a(t)为所述第一加速度传感器、所述第二加速度传感器和所述第三加速度传感器得到的加速度平均值，u为摩擦系数，g为重力加速度；

F_y晃动为所述第二力传感器测得的力。

与现有技术相比，本发明提供的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台及实验方法，至少实现了如下的有益效果：

本发明搭建两层实验平台即第一实验平台和第二实验平台，改善传统方法无法获取两个垂直方向的液体晃动数据，在每层实验平台布置两条静压导轨，每层实验平台底部安装滑块，使得实验平台可以沿着静压导轨滑动。底层的第一实验平台与丝杠之间通过力传感器进行固定连接，上层的第二实验平台与底层的第一实验平台除通过底部的第二静压导轨连接以外，在第一实验平台和第二实验平台之间还设置了第二力传感器。同时第一实验平台、第二实验平台和充液储箱上都固定有加速度传感器。充液储箱的外侧壁面与上层的第二实验平台固连。通过伺服电机控制系统驱动伺服电机，伺服电机通过丝杠带动第一实验平台(激振频率范围为0-40Hz)和第二实验平台运动，进而带动充液储箱内的液体产生受迫振动，相较于传统方法，可准确的获得大型形状复杂的充液储箱内液体晃动特性。通过信号采集系统获得液体晃动力和加速度的数据。通过高速摄像机记录液面的变化情况。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明提供的一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台的立体结构示意图；

图2是本发明提供的一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台的俯视图；

图3是本发明提供的一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台的侧视图；

图4是本发明提供的一种实验基座的俯视图；

图5是本发明提供的一种第一实验平台的俯视图；

图6是本发明提供的一种第二实验平台的俯视图；

图7是本发明提供的一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台的实验方法流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

结合图1至图6，本发明提供了一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，包括：实验基座1；第一静压导轨2，沿第一方向X延伸且沿第二方向Y对称设置在实验基座1上，第一静压导轨2上设有第一滑块3，第一滑块3与第一静压导轨2滑动连接，第一滑块3沿第一方向X相对第一静压导轨2运动，第一方向X和第二方向Y相交；第一实验平台5，与第一滑块3远离第一静压导轨2的一侧固定连接，第一实验平台5的中部具有第一镂空区19，第一实验平台5上设有第一加速度传感器10；第二静压导轨6，沿第二方向Y延伸且沿第一方向X对称设置在第一实验平台5上，第二静压导轨6上设有第二滑块7，第二滑块7与第二静压导轨6滑动连接，第二滑块7沿第二方向Y相对第二静压导轨6运动；第二实验平台9，与第二滑块7远离第二静压导轨6的一侧固定连接，第二实验平台9的中部具有第二镂空区20，在垂直于实验基座1的方向上，第一镂空区19和第二镂空区20至少部分重叠，第二实验平台9上设有第二加速度传感器11；伺服电机13，位于实验基座1上，通过丝杆15与第一实验平台5相连接，在伺服电机13与第一实验平台5之间设有第一力传感器4；伺服电机控制系统14，与伺服电机13电连接，用于控制伺服电机13的旋转运动；充液储箱12，卡合在第二实验平台9的第二镂空区20中和第一实验平台5的第一镂空区19中，且与第二实验平台9固定连接，充液储箱12的表面设有第三加速度传感器17；第二力传感器8，第二力传感器8的一端与第一实验平台5相连接，另一端与第二实验平台9相连接；高速摄像机18，采集充液储箱12中液体液面图像；信号采集系统16，分别与第一力传感器4、第二力传感器8、第一加速度触感器、第二加速度传感器11和第三加速度传感器17电连接，采集数字信号，并对数字信号进行信号处理，得到充液储箱12受迫振动时液体的晃动力。

安装时，第一静压导轨2由螺栓固定在实验基座1上，第一实验平台5底部安装第一滑块3，使得第一实验平台5可以沿着第一静压导轨2水平滑动；两条第二静压导轨6由螺栓固定在第一实验平台5上，第二实验平台9底部安装第二滑块7，使得第二实验平台9可以沿着第二静压导轨6水平滑动；充液储箱12边缘处通过螺丝固定在第二实验平台9上，用于固定充液储箱12和第二实验平台9；伺服电机13由螺栓固连在实验基座1上。

具体的，实验基座1可以为水平光滑的金属板，当然这里不对实验基座1的材质做具体限定；在一些可选的实施例中，参照图4，可在实验基座1上设置圆形凹槽22，圆形凹槽22向远离第一实验平台的一侧凹陷，当然圆形凹槽22不必须设置，设置圆形凹槽22的目的是为了预留出充液储箱高度较大时的空间，以防充液储箱的高度较大时，充液储箱触碰到实验基座1，影响实验。

第一静压导轨2和第二静压导轨6可以为立方体型导轨，第一静压导轨2和第二静压导轨6的数量可以为两个，可选的，两条第一静压导轨2沿第一方向X延伸第二方向Y排列、通过螺栓固定在实验基座1上，两条第二静压导轨6沿第二方向Y延伸第一方向X排列、通过螺栓固定在第一实验平台5上。

本发明中第一滑块3与第一静压导轨2卡合，可选的第一静压导轨2侧壁设有滑槽，第一滑块3与滑槽卡合，第一滑块3在滑槽内滑动，当然滑动方向是沿着第一静压导轨2的延伸方向的，第一实验平台5固定在第一滑块3上，这样可以使第一试验平台可以沿着第一静压导轨2沿第一方向X水平滑动。

固定在实验基座1上的伺服电机13通过丝杆15与第一试验平台相连接，丝杆15的延伸方向也是沿第一方向X的，伺服电机13旋转运动时通过丝杆15转化为第一方向X上的直线运动，当然丝杆15在第一方向X上的直线运动即可带到第一实验平台5在第一静压导轨2上往复运动，可选的，往复运动的振幅和频率由伺服电机控制系统14进行调节。通过伺服电机控制系统14输入期望的振幅和频率，可选的激振频率范围为0-40Hz，伺服电机13完成输出。

本发明中的第一实验平台5的中部具有第一镂空部，第二实验平台9的中部具有第二镂空区20，在垂直于实验基座1的方向上，第一镂空区19和第二镂空区20至少部分重叠，这样可以将充液储箱12卡合在第一镂空部和第二镂空部中，由此能够适应不同形状，尤其是球形等形状的充液储箱12，不必要使充液储箱12的底部为平底。

本实施例中在伺服电机13与第一实验平台5之间设有第一力传感器4，这里的第一力传感器4在工作时测定的力包括了整体实验平台在第一方向X上的总力，其中也包括了惯性力和总摩擦力，当然这里的惯性力和摩擦力包括了第一静压导轨2、第一滑块3、第一实验平台5、第二静压导轨6、第二滑块7、第二实验平台9、第一加速度传感器10、第二加速度传感器11、充液储箱12、第三加速度传感器17之间的惯性力和摩擦力。

可选的，第一力传感器4和第一实验平台5可以通过螺丝固定，第二力传感器8和第一实验平台5、第二实验平台9可以通过螺丝固定，充液储箱12与第二实验平台9可以通过螺丝的方式固连，这样能够使得两两不发生相对运动。

本发明中在第一实验平台5、第二实验平台9和充液储箱12分别设置了第一加速度传感器10、第二加速度传感器11、和第三加速度传感器17，第一加速度传感器10、第二加速度传感器11、和第三加速度传感器17均能够测定加速度，对比三个加速度传感器的数据，或者可以取这三个加速度传感器得到加速度取平均值，能够避免各部件之间连接松动产生影响。

由于充液储箱12中的液体会在第二方向Y上也会产生晃动，所以本发明中通过设置第一实验平台5和第二实验平台9，而充液储箱12与第二实验平台9固定连接，当第二实验平台9在第二方向Y移动时充液储箱12中的液体就会产生晃动力，通过设置第二力传感器8能够测定出第二实验平台9在第二方向Y上运动时的晃动力。

本发明还可以通过高速相机采集充液储箱12中液体液面图像，记录充液储箱12中的液体在发生晃动时液面变化情况。

本发明通过信号采集系统16获得液体晃动力和加速度的数据。

在一些可选的实施例中，第一镂空区19的形状为圆形或矩形，第二镂空区20的形状为圆形或矩形。

当然第一镂空区19和第二镂空区20的形状还可以为其它形状，这里不做具体限定。

本发明中的第一镂空区19、第二镂空区20的形状可以为圆形或矩形，这样能够适应截面为圆形或矩形的充液储箱12，可不受限于充液储箱12的底部的形状，即使充液储箱12的底部为弧形也可能适应，只要将充液储箱12卡合在第一镂空区19和第二镂空区20中即可。

在一些可选的实施例中，在垂直于实验基座1的方向上，第一镂空区19位于第二镂空区20之内。

本实施例中第一镂空区19的面积小于第二镂空区20的面积，若第一镂空区19和第二镂空区20的形状均为圆形时，对于球形的充液储箱12来说，靠近中部的直径会大于靠近底部的直径，所以球形充液储箱12能够更稳定的与第一镂空区19、第二镂空区20卡合。

在一些可选的实施例中，第一静压导轨2和第一滑块3之间涂抹有润滑脂，第一滑块3沿第一方向X相对第一静压导轨2运动时的滑动摩擦系数在0.05-1之间；

第二静压导轨6和第二滑块7之间涂抹有润滑脂，第二滑块7沿第二方向Y相对第二静压导轨6运动时的滑动摩擦系数在0.05-1之间。

在第一静压导轨2和第一滑块3之间涂抹上润滑脂，能够降低第一滑块3与第一静压导轨2之间的摩擦力，当丝杆15带动第一实验平台5沿第一方向X往复运动时，若第一滑块3沿第一方向X相对第一静压导轨2运动时的滑动摩擦系数在0.05-1之间，则更利于带动第一试验平台沿第一方向X往复运动，降低摩擦力对实验的影响。

在第二静压导轨6和第二滑块7之间涂抹上润滑脂，能够降低第二滑块7与第二静压导轨6之间的摩擦力，当第二实验平台9在第二方向Y上移动，若第二滑块7沿第二方向Y相对第二静压导轨6运动时的滑动摩擦系数在0.05-1之间，能够降低摩擦力对实验的影响。

在一些可选的实施例中，第一力传感器4和第二力传感器8为悬臂式称重传感器。

本发明通过悬臂式称重传感器测定第一方向X上的力和第二方向Y上的力。对于悬臂式称重传感器的测量原理这里不做具体限定，可以采用现有技术中的结构，例如采用蚌埠传感器系统工程有限公司的JHBL-1型悬臂式称重传感器，该传感器采用剪切梁结构，具有高精度、高稳定性。

在一些可选的实施例中，悬臂式称重传感器包括固定端和悬空受力端，其中，第二力传感器8的固定端与第一实验平台5固定连接，第一力传感器4的悬空受力端与第二实验平台9固定连接。

可选的，悬臂式称重传感器的悬空受力端与要测量力的一端相连接，由于充液储箱12与第二实验平台9固定连接，所以第二实验平台9在第二方向Y上运动时，充液储箱12内的液体会发生晃动，产生晃动力，也就是说若测定第二实验平台9的受力情况就可以知道第二方向Y上的晃动力，本实施例中将悬臂式称重传感器的悬空受力端与第二实验平台9固定连接，能够测定出第二方向Y上的晃动力。

在一些可选的实施例中，第二力传感器8的数量至少为2个，第一力传感器4的数量至少为2个。

图1中仅示出了第二力传感器8的数量为2个，图2中仅示出了第一力传感器4的数量为2个，当然第一力传感器4和第二力传感器8的数量可以大于2个，这里不做具体限定。

需要说明的是，第一力传感器4用于测定第一方向X上的力，可以设定多个第一力传感器4，这样测出的第一方向X上的力取平均值，测量值更准确；同理第二力传感器8用于测定第二方向Y上的力，可以设定多个第二力传感器8，这样测出的第二方向Y上的力取平均值，测量值更准确。

在一些可选的实施例中，还包括固定块21，固定块21与实验基座1之间具有一定的空间，也就是固定块21与实验基座1之间不直接相连接，但是丝杆15贯穿固定块21，第一力传感器4的固定端与固定块21固定连接，第一力传感器4的悬空受力端与第一实验平台5固定连接。

参照图1和图3，本发明的多功能实验平台还包括固定块21，固定块21上设有螺纹孔，丝杆15与固定块21上的螺纹孔螺纹连接，第一力传感器4的悬空受力端与第一实验平台5固定连接，由上述可知，悬臂式称重传感器的悬空受力端与要测量力的一端相连接，所以能够测定出第一方向X上的总力。

在一些可选的实施例中，充液储箱12的材质包括透明的亚克力板。

亚克力板的材质为透明的，有利于高速相机拍摄液面的变化情况。

基于同一方面思想，本发明还提供了一种应用上述液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台的实验方法，包括步骤：

S1：通过伺服电机控制系统控制伺服电机旋转运动；

S2：伺服电机通过丝杠带动第一实验平台在第一方向上运动；

S3：充液储箱内的液体产生受迫振动，同时带动第二实验平台在第二方向上运动；

S4：通过高速摄像机记录充液储箱内液面的变化情况；

S5：通过信号采集系统获得第一力传感器、第二力传感器、第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器的力学数据和加速度数据；

S6：充液储箱内的液体晃动力包括第一方向上的晃动力F_x晃动和第二方向上的晃动力F_y晃动，

F_x晃动＝Fx(t)-m×a(t)-u×m×g，

其中，Fx(t)为第一力传感器测得的力，m为多功能实验平台的总质量，a(t)为第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器得到的加速度平均值，u为摩擦系数，g为重力加速度；

F_y晃动为第二力传感器测得的力。

具体的，伺服电机通过丝杠与第一实验平台进行连接，丝杠将伺服电机的绕轴线旋转运动转化为水平简谐振动。通过伺服电机控制系统输入期望的振幅和频率，伺服电机完成输出；第一力传感器、第二力传感器、第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器的数字信号传输给信号采集系统，通过信号处理，得到充液储箱在受迫振动时的液体晃动特性。通过高速摄像机记录液面的变化情况。

液体晃动力的具体表达式如下：

第一力传感器测得的信号Fx(t)为水平方向(第一方向)的总力，a(t)为第三加速度传感器整体实验平台进行水平往复运动的加速度，F1(t)、F2(t)分别为整体实验平台(静压导轨a、滑块a、第一力传感器、第一实验平台、第二静压导轨、第二滑块、第二力传感器、第二实验平台、第一加速度传感器、第二加速度传感器、充液储箱、第三加速度传感器)的惯性力和摩擦力。整体实验平台和液体的总质量为m，摩擦力为u，可以取0.05-0.1。

液体晃动所产生的水平晃动力为F_x晃动＝Fx(t)-F1(t)-F2(t)＝F(t)-m×a(t)-u×m×g，g为重力加速度，可以取9.8m/s。

第二力传感器测得的信号Fy(t)为垂直方向(第二方向)的总力。

通过上述实施例可知，本发明提供的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台及实验方法，至少实现了如下的有益效果：

本发明搭建两层实验平台即第一实验平台和第二实验平台，改善传统方法无法获取两个垂直方向的液体晃动数据，在每层实验平台布置两条静压导轨，每层实验平台底部安装滑块，使得实验平台可以沿着静压导轨滑动。底层的第一实验平台与丝杠之间通过力传感器进行固定连接，上层的第二实验平台与底层的第一实验平台除通过底部的第二静压导轨连接以外，在第一实验平台和第二实验平台之间还设置了第二力传感器。同时第一实验平台、第二实验平台和充液储箱上都固定有加速度传感器。充液储箱的外侧壁面与上层的第二实验平台固连。通过伺服电机控制系统驱动伺服电机，伺服电机通过丝杠带动第一实验平台(激振频率范围为0-40Hz)和第二实验平台运动，进而带动充液储箱内的液体产生受迫振动，相较于传统方法，可准确的获得大型形状复杂的充液储箱内液体晃动特性。通过信号采集系统获得液体晃动力和加速度的数据。通过高速摄像机记录液面的变化情况。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，包括：

实验基座；

第一静压导轨，沿第一方向延伸且沿第二方向对称设置在所述实验基座上，所述第一静压导轨上设有第一滑块，所述第一滑块与所述第一静压导轨滑动连接，所述第一滑块沿所述第一方向相对所述第一静压导轨运动，所述第一方向和所述第二方向相交；

第一实验平台，与所述第一滑块远离所述第一静压导轨的一侧固定连接，所述第一实验平台的中部具有第一镂空区，所述第一实验平台上设有第一加速度传感器；

第二静压导轨，沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向对称设置在所述第一实验平台上，所述第二静压导轨上设有第二滑块，所述第二滑块与所述第二静压导轨滑动连接，所述第二滑块沿所述第二方向相对所述第二静压导轨运动；

第二实验平台，与所述第二滑块远离所述第二静压导轨的一侧固定连接，所述第二实验平台的中部具有第二镂空区，在垂直于所述实验基座的方向上，所述第一镂空区和所述第二镂空区至少部分重叠，所述第二实验平台上设有第二加速度传感器；

伺服电机，位于所述实验基座上，通过丝杠与所述第一实验平台相连接，在所述伺服电机与所述第一实验平台之间设有第一力传感器；

伺服电机控制系统，与所述伺服电机电连接，用于控制所述伺服电机的旋转运动；

充液储箱，卡合在所述第二实验平台的第二镂空区中和所述第一实验平台的第一镂空区中，且与所述第二实验平台固定连接，所述充液储箱的表面设有第三加速度传感器；

第二力传感器，所述第二力传感器的一端与所述第一实验平台相连接，另一端与所述第二实验平台相连接；

高速摄像机，采集充液储箱中液体液面图像；

信号采集系统，分别与所述第一力传感器、所述第二力传感器、所述第一加速度触感器、所述第二加速度传感器和所述第三加速度传感器电连接，采集数字信号，并对所述数字信号进行信号处理，得到所述充液储箱受迫振动时液体的晃动力。

2.根据权利要求1所述的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，所述第一镂空区的形状为圆形或矩形，所述第二镂空区的形状为圆形或矩形。

3.根据权利要求1所述的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，在垂直于所述实验基座的方向上，所述第一镂空区位于所述第二镂空区之内。

4.根据权利要求1所述的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，所述第一静压导轨和所述第一滑块之间涂抹有润滑脂，所述第一滑块沿所述第一方向相对所述第一静压导轨运动时的滑动摩擦系数在0.05-1之间；

所述第二静压导轨和所述第二滑块之间涂抹有润滑脂，所述第二滑块沿所述第二方向相对所述第二静压导轨运动时的滑动摩擦系数在0.05-1之间。

5.根据权利要求1所述的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，所述第一力传感器和所述第二力传感器为悬臂式称重传感器。

6.根据权利要求5所述的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，所述悬臂式称重传感器包括固定端和悬空受力端，其中，

所述第二力传感器的固定端与所述第一实验平台固定连接，所述第一力传感器的悬空受力端与所述第二实验平台固定连接。

7.根据权利要求6所述的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，所述第二力传感器的数量至少为2个，所述第一力传感器的数量至少为2个。

8.根据权利要求6所述的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，还包括固定块，所述丝杠贯穿所述固定块，所述第一力传感器的固定端与所述固定块固定连接，所述第一力传感器的悬空受力端与所述第一实验平台固定连接。

9.根据权利要求1所述的液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台，其特征在于，所述充液储箱的材质包括透明的亚克力板。

10.一种应用权利要求1至9任一所述液体晃动动力学特性研究的多功能实验平台的实验方法，其特征在于，包括步骤：

通过伺服电机控制系统控制所述伺服电机旋转运动；

所述伺服电机通过所述丝杠带动所述第一实验平台在所述第一方向上运动；

所述充液储箱内的液体产生受迫振动，同时带动所述第二实验平台在所述第二方向上运动；

通过所述高速摄像机记录充液储箱内液面的变化情况；

通过信号采集系统获得所述第一力传感器、所述第二力传感器、所述第一加速度传感器、所述第二加速度传感器、所述第三加速度传感器的力学数据和加速度数据；

所述充液储箱内的液体晃动力包括第一方向上的晃动力F_x晃动和第二方向上的晃动力F_y晃动，

F_x晃动＝Fx(t)-m×a(t)-u×m×g，

其中，Fx(t)为所述第一力传感器测得的力，m为所述多功能实验平台的总质量，a(t)为所述第一加速度传感器、所述第二加速度传感器和所述第三加速度传感器得到的加速度平均值，u为摩擦系数，g为重力加速度；

F_y晃动为所述第二力传感器测得的力。

Images