CN205317444U - 基于仿生的水下射流表面减阻测试装置 - Google Patents

Abstract

基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，包括射流部件、动力输入组件、配水组件、移动组件、磁流体密封组件和信号处理组件，动力输入组件的电机通过第一联轴器与射流部件的输入轴相连，射流部件的输出轴通过第二联轴器与信号处理组件的扭矩信号耦合器相连，信号处理组件、射流部件都安装在移动组件上；配水组件的进水管与射流部件的入水口管道连接，配水组件的出水管与射流部件的出水口管道连通；所述的射流部件通过轴向密封组件密封。本实用新型的有益效果是：实现射流表面减阻效果测试以及对非光滑表面结构减阻效果测试，在做射流表面结构减阻效果评估时，试验样件可以加工出不同孔径形状、孔径大小、排布方式、倾斜角度的射流孔结构。

Description

基于仿生的水下射流表面减阻测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于仿生的水下射流表面减阻测试装置。

背景技术

目前国内外的减阻技术的研究成果主要有沟槽减阻法、柔壁法、气泡法、壁面振动减阻法、涂层减阻法、高聚物添加剂减阻法、联合减阻及仿生射流表面减阻等。针对减阻的巨大意义，国内外都致力于发展高效、环保的减阻技术，而仿生射流表面减阻技术一直是国内外研究的热点问题之一。其减阻效果明显，工作过程环保无污染。针对多种多样的减阻方法，需要有一种测试装置对该方法下的样件表面摩擦阻力进行测试，以便评估该方法的减阻效果，继而比较减阻性能的优劣。

传统的对流体摩擦阻力的测试的试验装置大多数采用水洞，风洞，水池等实验设备，采用上述试验技术手段不仅体积大、成本高，并且对试验环境要求较高并且需要耗费大量的费用，从而在诸多方面都将受到一定的局限和制约。因此，使用试验的方法对仿生射流表面技术进行定量的研究就显得比较重要。

所以仿生射流减阻测试试验平台的设计应满足以下3点设计要求。

(1)仿生射流减阻测试试验平台应具有体积小，结构简单、成本低，试验能力强的特点，通过不同的试验样件既能做射流表面减阻测试试验又能做非光滑表面减阻测试试验。安装在仿生射流减阻测试试验平台负载上的试验样件部分要能根据试验的需要随时更换，且拆卸方便。

(2)仿生射流减阻测试试验平台的数据采集硬件系统要求设计简单、成本低，便于使用者操作和维护，信号线引出方便，输出的信号直接、准确。数据采集软件系统的界面要简洁直观，能够完成参数的输入设置、数据的实时采集、显示及存储等功能。

(3)系统存在系统误差和随机误差，在试验之前要对系统进行系统校正，以保证系统保持在合理的误差范围内。在试验中因为很难保持绝对稳定，并且还伴有不可避免的噪声干扰，所以采集到的数据会有波动，因此应采用有效的数据处理方法以获得较满意的数据结果。

试验装置可以作为射流表面及非光滑表面减阻测试的装置。当作为射流减阻测试装置时，采用测量试验件上的扭矩来测量试验样件在射流时所受到的阻力大小。

因此，研发设计一台造价低廉、性能稳定的小型阻力测试装置对于仿生表面课题的研究具有积极意义。

发明内容

本实用新型针对上述的问题，提出了一种提供仿生的水下射流表面的试验装置，同时能通过该装置进行射流表面减阻效果测试以及非光滑表面结构减阻的效果测试，要求试验装置结构简单、操作容易、测试精确的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置。

本实用新型所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：包括射流部件、动力输入组件、配水组件、移动组件、磁流体密封组件和信号处理组件，所述的动力输入组件的电机通过第一联轴器与所述的射流部件的输入轴相连，所述的射流部件的输出轴通过第二联轴器与所述的信号处理组件的扭矩信号耦合器相连，所述的信号处理组件、所述的射流部件都安装在所述的移动组件上；所述的配水组件的进水管与所述的射流部件的入水口管道连接，所述的配水组件的出水管与所述的射流部件的出水口管道连通；所述的射流部件通过磁流体密封组件密封；

所述的射流部件包括密封筒组件、外筒组件、内筒组件、输入轴和输出轴，所述的密封筒组件、所述的外筒组件和所述的内筒组件依次从外向内同轴排布形成三层的套筒式结构；所述的输入轴的动力输入端与所述的动力输入组件的动力输出端相连，所述的外筒组件右侧装有磁流体密封组件，并且所述的外筒组件通过相应的磁流体密封组件与所述的密封筒组件密封，所述的内筒组件密封装在所述的输入轴穿过密封筒组件的密封筒右端盖的动力输出端，并保证所述的内筒组件与所述的输入轴同步运转；所述的输出轴的动力输入端与所述的外筒组件的外筒左端盖密封连接，所述的输出轴的动力输出端通过第二联轴器与所述的信号处理组件连接；

所述的配水组件包括水槽、离心泵、进水管和出水管，所述的离心泵的进水口通过管路引入所述的水槽内，所述的离心泵的出水口与所述的进水管的进水端相连，所述的进水管的出水端与所述的密封筒组件的入水孔相连，所述的出水管的进水端与密封筒组件的出水孔连通，所述的出水管的出水端引入所述的水槽内，实现测试用水的循环；所述的进水管上设置流量计和压力表，所述的出水管上设有球阀；

所述的移动组件包括底部支架、V型导轨和V型导轨移动平台，所述的V型导轨水平安装在所述的支架的上部，所述的V型导轨移动平台与所述的V型导轨滑动连接，所述的V型导轨移动平台上安装所述的信号处理组件，所述的射流部件、所述的动力输出组件均安装在所述的底部支架上，并保持所述的信号处理组件、所述的射流部件和所述的动力输出组件处于同一轴线上；

所述的信号处理组件包括扭矩信号耦合器基座、键槽板、扭矩信号耦合器和信号处理器，所述的扭矩信号耦合器基座安装在所述的V型导轨移动平台上，所述的扭矩信号耦合器基座上部安装所述的键槽板，所述的扭矩信号耦合器的一端通安装在所述的键槽板上，另一端通过第二联轴器与所述的输出轴的动力输出端相连；所述的扭矩信号耦合器的信号输出端与外部的信号处理器信号连接。

所述的密封筒组件包括带有入水孔的密封筒、密封筒左端盖和密封筒右端盖，所述的密封筒左端盖、密封筒右端盖分别密封安装在所述的密封筒的两端；所述的外筒组件设置在所述的密封筒的内部，所述的外筒组件包括筒形试验样件、外筒左端盖和外筒右端盖，所述的外筒左端盖和所述的外筒右端盖分别密封安装在所述的试验样件的两端，并且所述的外筒右端盖外侧配有磁流体密封组件，所述的外筒右端盖通过相应的磁流体密封组件实现外筒右端盖与密封筒右端盖圆台处之间的密封；所述的内筒组件包括内筒、内筒左端盖和内筒右端盖，其中所述的内筒左端盖和所述的内筒右端盖密封安装在所述的内筒的两端，所述的内筒右端盖与所述的输入轴的输出端螺接，保持内筒右端盖、所述的外筒右端盖以及所述的密封筒右端盖同轴。

所述的密封筒上壁设有用于排气的第一螺纹孔，所述的密封筒的下壁设有用于排水的第二螺纹孔，所述的第一螺纹孔和第二螺纹孔均配有相应的密封螺栓；所述的密封筒的入水孔上方焊有用以连接输水管的螺纹凸台。

所述的磁流体密封组件包括圆环形永久磁铁、两块与永久磁铁相配合的相同的极靴，每块极靴内壁或外壁上有齿槽；两块极靴、形成相对运动的旋转件以及极靴与旋转件之间的间隙构成磁性回路，形成密封在旋转件上的磁性密封件。

所述的输出轴的外部套接左连接筒，左连接筒的一端通过螺栓与所述的密封筒左端盖固接，并且保持左连接筒和密封筒左端盖同轴；左连接筒的另一端装有左连接筒端盖，所述的左连接筒与所述的输出轴之间配有一套所述的磁流体密封组件，其中左连接筒的内孔与磁流体密封组件的两块极靴过渡配合，两块极靴、输出轴以及极靴与输出轴之间的间隙形成磁性回路，形成密封在输出轴上的磁性密封件。

所述的左连接筒与所述的密封筒左端盖之间夹有调整垫片，并且所述的密封筒左端盖的安装孔内嵌有防水轴承，所述的左连接筒端盖处配有深沟球轴承，所述的输出轴的两端装在相应的深沟球轴承和所述的防水轴承上。

所述的输入轴的外部套接右连接筒，其中右连接筒的一端与所述的密封筒右端盖固接，另一端装有相应的轴承透盖；所述的右连接筒与所述的密封筒右端盖之间夹有用于密封的毡圈端盖；所述的密封筒右端盖的安装孔处嵌有防水轴承，所述的右连接筒与所述的输入轴之间的间隙配有深沟球轴承，所述的输入轴的两端装在相应的防水轴承和深沟球轴承上；所述的输入轴的输入端配有用于密封的毡圈，毡圈与输入轴为过盈配合。

所述的密封筒右端盖的内表面设有轴向圆台，所述的外筒右端盖和所述的密封筒右端盖的圆台之间配有另一套磁流体密封组件，其中外筒右端盖的内孔与相应的磁流体密封组件的两块极靴过渡配合，两块极靴、圆台以及极靴和圆台之间的间隙形成磁性回路，形成密封在圆台上的磁性密封件。

所述的第一联轴器为弹性注销联轴器，所述的第二联轴器为梅花型联轴器。

所述的左连接筒采用非导磁材料铝合金制成。

所述的V型导轨的末端配有限位挡块。

本实用新型中的磁流体密封组件为磁流体密封，由圆环形永久磁铁(N-S)，极靴和旋转轴所构成的磁性回路，在磁铁产生的磁场作用下，把放置在轴与极靴顶端缝隙间的磁流体加以集中，使其形成一个的“O”形环，将缝隙通道堵死达到密封的目的。磁流体密封因为是液体形成的密封，只要是在允许的压差范围内，可以实现零泄漏，并且是非接触式密封，不会在密封元件与旋转轴的摩擦，因此可以提高扭矩测量的精确度，对系统测试结果无明显干扰。左连接筒采用非导磁材料铝合金制成，其内孔与两块极靴过渡配合。输入轴处采用毡圈密封，毡圈端盖通过螺栓固连在密封筒右端盖上，为防止流体泄漏，毡圈与输入轴为过盈配合。试验样件右端盖与密封筒右端盖之间采用磁流体密封；配水组件的离心泵从水槽中抽取液体通过管送入进水管中，并通过管上安装阀、压力表和流量计控制管内水的流速；本试验设计V型导轨平台用于试验样件的更换。在移动平台装置上，密封筒左端盖通过肋板直接焊在V型导轨上。在每次做完试验后，先排出密封筒内多余的水，待水排完后，拧开密封筒左端盖上的螺钉，将V型导轨与导轨上的装置一起往外移，移动到合适的位置时，将V型导轨固定住，再更换外筒上的试验样件，更换好试验样件后，将整个装置往前移动，固定好后，连接好螺钉，再次开始下一次试验。

本试验数据采集系统的信号处理器的测控软件件由LabVIEW编写。电机通过输入轴带动内筒组件旋转后，内筒组件连带着流体一起旋转，试验样件受到流体的摩擦阻力，摩擦阻力转化成扭矩通过输出轴被扭矩信号耦合器所测得。扭矩信号耦合器采集到的模拟信号经过变送器的转换、放大和滤波的处理，将传感器采集到的信号转换为能与数据采集模块连接的模拟信号，模拟信号经过数据采集模块进行A/D转换，转变为能被信号处理器储存的数字信号，储存在信号处理器中。

本次试验装置采用的流体介质为水，环保无污染。为了使整个试验装置更加高效地运行，密封筒上开了个螺纹孔用来连接螺栓。离心泵一端将水抽出，并通过一定的压强将水压入水管。此间，高速水流将由流量计的入口流入，而从其出口流出。流量计的作用是用来计算出射流时水的流速，为装置试验过程中的以不同射流速度射流并对比分析的过程提供了更为可靠的依据。然后，进入密封筒的水会通过试验样件上的通孔进入腔体内，此时腔体内的空气会随着密封筒上的螺纹孔排出，待水没过螺纹孔时拧上螺栓，此时打开排水管上的PVC球阀，腔体内的水会通过密封端盖上的通孔回流回水槽内，完成整个装置的射流过程。此过程中流体将经由装置排水出口回流至水槽，完成水的循环利用，节约资源。在试验完成时，可以拧开密封筒下端的螺栓排出多余的水。

本实用新型的有益效果是：实现射流表面减阻效果测试以及对非光滑表面结构减阻效果测试，在做射流表面结构减阻效果评估时，试验样件可以加工出不同孔径形状、孔径大小、排布方式、倾斜角度的射流孔结构；在做非光滑表面结构减阻效果评估时，试验样件表面还可以加工不同脊状结构，如凹坑结构、凸起结构、矩型结构等；或在试验样件表面涂覆涂层。通过数据采集系统采集在不同试验样件情况下的扭矩信号值，进行数据比对，得到不同表面结构的减阻效果，研究非光滑表面结构和射流表面结构的减阻特性。数据采集系统结构简单，操作容易，测试准确。当某种情况试验样件试验完成后，只需更改试验样件即可，本试验设计V型导轨平台用于试验样件的跟换，此更换过程简单、操作容易、节约时间、降低使用成本；供水部分通过协调离心泵、PVC球阀、压力表、涡轮流量计等元器件，可以精确的控制试验模型的射流速度，模拟不同的射流速度环境；在回转动密封处采用磁流体密封，具有其寿命长、无磨损、可以实现零泄漏、不会产生密封元件与旋转轴的摩擦，因此可以提高扭矩测量的精确度。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

图2是本实用新型的俯视图。

图3是本实用新型的侧视图。

图4是本实用新型的射流部件的结构图。

图5是本实用新型的射流部件的俯视图。

图6是本实用新型的射流部件的侧视图。

图7是图4的A处放大图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型

参照附图：

实施例1本实用新型所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，包括射流部件1、动力输入组件2、配水组件3、移动组件4、磁流体密封组件5和信号处理组件6，所述的动力输入组件2的电机通过第一联轴器7与所述的射流部件1的输入轴相连，所述的射流部件1的输出轴通过第二联轴器8与所述的信号处理组件6的扭矩信号耦合器相连，所述的信号处理组件6、所述的射流部件1都安装在所述的移动组件4上；所述的配水组件3的进水管与所述的射流部件1的入水口管道连接，所述的配水组件3的出水管与所述的射流部件1的出水口管道连通；所述的射流部件1通过磁流体密封组件5密封；

所述的射流部件1包括密封筒组件11、外筒组件12、内筒组件13、输入轴14和输出轴15，所述的密封筒组件11、所述的外筒组件12和所述的内筒组件13依次从外向内同轴排布形成三层的套筒式结构；所述的输入轴14的动力输入端与所述的动力输入组件2的动力输出端相连，所述的外筒组件12右侧装有磁流体密封组件5，并且所述的外筒组件12通过相应的磁流体密封组件5与所述的密封筒组件11密封，所述的内筒组件13密封装在所述的输入轴14穿过密封筒组件11的密封筒右端盖的动力输出端，并保证所述的内筒组件13与所述的输入轴14同步运转；所述的输出轴15的动力输入端与所述的外筒组件12的外筒左端盖密封连接，所述的输出轴15的动力输出端通过第二联轴器8与所述的信号处理组件6连接；

所述的配水组件3包括水槽31、离心泵32、进水管33和出水管34，所述的离心泵31的进水口通过管路引入所述的水槽31内，所述的离心泵32的出水口与所述的进水管33的进水端相连，所述的进水管33的出水端与所述的密封筒组件11的入水孔相连，所述的出水管34的进水端与密封筒组件11的出水孔连通，所述的出水管34的出水端引入所述的水槽31内，实现测试用水的循环；所述的进水管33上设置流量计331、压力表332和第一控制球阀333，所述的出水管34上设有第二控制球阀341；

所述的移动组件4包括底部支架41、V型导轨42和V型导轨移动平台43，所述的V型导轨41水平焊接在所述的支架41的上部，所述的V型导轨移动平台43与所述的V型导轨42滑动连接，所述的V型导轨移动平台43上安装所述的信号处理组件6，所述的射流部件1、所述的动力输出组件2均安装在所述的底部支架41上，并保持所述的信号处理组件6、所述的射流部件1和所述的动力输出组件2处于同一轴线上；

所述的信号处理组件6包括扭矩信号耦合器基座61、键槽板62、扭矩信号耦合器63和信号处理器，所述的扭矩信号耦合器基座61安装在所述的V型导轨移动平台43上，所述的扭矩信号耦合器基座61上部安装所述的键槽板62，所述的扭矩信号耦合器63的一端通安装在所述的键槽板62上，另一端通过第二联轴器8与所述的输出轴15的动力输出端相连；所述的扭矩信号耦合器63的信号输出端与外部的信号处理器信号连接。

所述的密封筒组件11包括带有入水孔的密封筒111、密封筒左端盖112和密封筒右端盖113，所述的密封筒左端盖112、密封筒右端盖113分别密封安装在所述的密封筒111的两端；所述的外筒组件12设置在所述的密封筒111的内部，所述的外筒组件12包括筒形试验样件121、外筒左端盖122和外筒右端盖123，所述的外筒左端盖122和所述的外筒右端盖123分别密封安装在所述的试验样件121的两端，并且所述的外筒右端盖123外侧配有磁流体密封组件5，所述的外筒右端盖123通过相应的磁流体密封组件5实现外筒右端盖123与密封筒右端盖113圆台处之间的密封；所述的内筒组件13包括内筒131、内筒左端盖132和内筒右端盖133，其中所述的内筒左端盖132和所述的内筒右端盖133密封安装在所述的内筒131的两端，所述的内筒右端盖133与所述的输入轴14的输出端螺接，保持内筒右端盖133、所述的外筒右端盖123以及所述的密封筒右端盖113同轴。

所述的密封筒111上壁设有用于排气的第一螺纹孔1111，所述的密封筒的下壁设有用于排水的第二螺纹孔1112，所述的第一螺纹孔1111和第二螺纹孔1112均配有相应的密封螺栓；所述的密封筒111的入水孔上方焊有用以连接输水管的螺纹凸台1113。

所述的磁流体密封组件5包括圆环形永久磁铁51、两块与永久磁铁相配合的相同的极靴52，每块极靴52内壁或外壁上有齿槽；两块极靴52、形成相对运动的旋转件以及极靴与旋转件之间的间隙构成磁性回路，形成密封在旋转件上的磁性密封件。

所述的输出轴15的外部套接左连接筒151，左连接筒151的一端通过螺栓与所述的密封筒左端盖112固接，并且保持左连接筒151和密封筒左端盖112同轴；左连接筒151的另一端装有左连接筒端盖152，所述的左连接筒151与所述的输出轴14之间的间隙之间配有一套所述的磁流体密封组件5，其中左连接筒151的内孔与磁流体密封组件5的两块极靴52过渡配合，两块极靴52、作为旋转件的输出轴以及极靴与输出轴之间的间隙形成磁性回路，形成密封在输出轴上的磁性密封件。

所述的左连接筒151与所述的密封筒左端盖112之间夹有调整垫片114，并且所述的密封筒左端盖112的安装孔内嵌有防水轴承1121，所述的左连接筒端盖152处配有深沟球轴承153，所述的输出轴15的两端装在相应的深沟球轴承153和所述的防水轴承1121上。

所述的输入轴14的外部套接右连接筒141，其中右连接筒141的一端与所述的密封筒右端盖113固接，另一端装有相应的轴承透盖143；所述的右连接筒141与所述的密封筒右端盖142之间夹有用于密封的毡圈端盖144；所述的密封筒右端盖142的安装孔处嵌有防水轴承145，所述的右连接筒141与所述的输入轴14之间的间隙配有深沟球轴承146，所述的输入轴14的两端装在相应的防水轴承145和深沟球轴承146上；所述的输入轴14的输入端配有用于密封的毡圈147，毡圈147与输入轴14为过盈配合。

所述的密封筒右端盖113的内表面设有轴向圆台1131，所述的外筒右端盖123和所述的密封筒右端盖113的圆台1131之间配有另一套磁流体密封组件5，其中右连接筒141的内孔与相应的磁流体密封组件5的两块极靴52过渡配合，两块极靴52、圆台1131以及极靴与圆台之间的间隙形成磁性回路，形成密封在圆台1131上的磁性密封件。

所述的第一联轴器7为弹性注销联轴器，所述的第二联轴器8为梅花型联轴器。

所述的左连接筒151采用非导磁材料铝合金制成。

所述的V型导轨42的末端配有限位挡块411。

本实用新型中的磁流体密封组件为磁流体密封，由圆环形永久磁铁(N-S)，极靴和旋转轴所构成的磁性回路，在磁铁产生的磁场作用下，把放置在轴与极靴顶端缝隙间的磁流体加以集中，使其形成一个的“O”形环，将缝隙通道堵死达到密封的目的。磁流体密封因为是液体形成的密封，只要是在允许的压差范围内，可以实现零泄漏，并且是非接触式密封，不会在密封元件与旋转轴的摩擦，因此可以提高扭矩测量的精确度，对系统测试结果无明显干扰。左连接筒采用非导磁材料铝合金制成，其内孔与两块极靴过渡配合。输入轴处采用毡圈密封，毡圈端盖通过螺栓固连在密封筒右端盖上，为防止流体泄漏，毡圈与输入轴为过盈配合。试验样件右端盖与密封筒右端盖之间采用磁流体密封；配水组件的离心泵从水槽中抽取液体通过管送入进水管中，并通过管上安装阀、压力表和流量计控制管内水的流速；本试验设计V型导轨平台用于试验样件的更换。在移动平台装置上，密封筒左端盖通过肋板直接焊在V型导轨上。在每次做完试验后，先排出密封筒内多余的水，待水排完后，拧开密封筒左端盖上的螺钉，将V型导轨与导轨上的装置一起往外移，移动到合适的位置时，将V型导轨固定住，再更换外筒上的试验样件，更换好试验样件后，将整个装置往前移动，固定好后，连接好螺钉，再次开始下一次试验。

本试验数据采集系统的信号处理器的测控软件由LabVIEW编写。电机通过输入轴带动内筒组件旋转后，内筒组件连带着流体一起旋转，试验样件受到流体的摩擦阻力，摩擦阻力转化成扭矩通过输出轴被扭矩信号耦合器所测得。扭矩信号耦合器采集到的模拟信号经过变送器的转换、放大和滤波的处理，将传感器采集到的信号转换为能与数据采集模块连接的模拟信号，模拟信号经过数据采集模块进行A/D转换，转变为能被信号处理器储存的数字信号，储存在信号处理器中。

本次试验装置采用的流体介质为水，环保无污染。为了使整个试验装置更加高效地运行，密封筒上开了个螺纹孔用来连接螺栓。离心泵一端将水抽出，并通过一定的压强将水压入水管。此间，高速水流将由流量计的入口流入，而从其出口流出。流量计的作用是用来计算出射流时水的流速，为装置试验过程中的以不同射流速度射流并对比分析的过程提供了更为可靠的依据。然后，进入密封筒的水会通过试验样件上的通孔进入腔体内，此时腔体内的空气会随着密封筒上的螺纹孔排出，待水没过螺纹孔时拧上螺栓，此时打开排水管上的PVC球阀，腔体内的水会通过密封端盖上的通孔回流回水槽内，完成整个装置的射流过程。此过程中流体将经由装置排水出口回流至水槽，完成水的循环利用，节约资源。在试验完成时，可以拧开密封筒下端的螺栓排出多余的水。

安装过程：射流部件的安装：将调整垫片装入外筒右端盖，再从右往左将一套磁流体密封组件与外筒右端盖相配合，把孔用弹性挡圈装入外筒右端盖上作为磁流体密封部件的轴向定位。此处设置磁流体密封装置的目的是减少液体向外筒组件内腔体的泄漏，提高试验的精确性。将密封垫片分别套入外筒左端盖与外筒右端盖上，外筒左端盖与外筒右端盖通过螺栓固连在试验样件左右两端。输出轴通过螺纹紧固在外筒左端盖上。将防水轴承安装在密封筒左端盖对应位置，将配合好的输出轴系组合由密封筒左端盖从右往左装入，对轴承进行轴向固定。

在左连接筒中依次装入调整垫片、磁流体密封部件、调整垫片；通过螺钉将左连接筒端盖连接在左连接筒上；再将连接好的这部分从输出轴的左端套入，通过螺钉连接在密封筒左端盖上。将滚动轴承从输出轴的左端装入，通过螺钉将轴承端盖固定在左连接筒端盖上从而实现对滚动轴承的轴向定位。

按照输出轴系组合处相似的安装方法，将防水轴承安装在密封筒右端盖的相应位置，从右往左装入输入轴，利用轴肩实现对防水轴承的轴向定位。将密封垫片分别装入内筒左端盖与内筒右端盖上，分别通过螺钉连接在内筒上。为了减轻内筒组件对输出轴端的压力，内筒选用PVC材质，内筒组件是中空的，内筒左端盖和内筒右端盖上的密封垫片是防止腔体内的水泄漏进内筒组件。将组合好的内筒组件通过内筒右端盖上的螺纹与输入轴实现连接。输入轴上采用毡圈进行密封，将毡圈密封原件毡圈端盖装入输入轴的相应位置，再将右连接筒套入输入轴上，通过螺钉把右连接筒和毡圈端盖固定在密封筒右端盖上。将滚动轴承从右往左装入输入轴上。将装有毡圈的轴承端盖通过螺钉连接在右连接筒上，实现对轴承的轴向固定。

在输出轴系组合和输入轴系组合的相应位置处装入密封垫片。将输出轴系组合从左往右装入密封筒上相应位置再通过螺钉连接固定；将输入轴系组合从右往左装入密封筒上相应位置通过螺钉进行连接固定。

在完成射流部件的装配后。将射流部件通过肋板焊在试验平台上，保证试验装置工作过程的稳定性。调频电机的轴伸与输入轴通过弹性注销联轴器相连接。为保证安装精度，确保电机的轴伸与输入轴处于同一水平位置，调频电机通过电机支座安装在试验平台上。

扭矩信号耦合器一端通过键固定在键槽板上，另一端通过梅花型联轴器连接在输出轴上，将扭矩信号耦合器所测得的数值作为试验数据，并予以记录。同时将扭矩信号耦合器上所受测得的数值存入电脑中，不同的试验样件采集到的扭矩数据不同，所以根据不同的扭矩信号得知试验样件受到的阻力情况进而计算出减阻率。

在装配射流供给系统时，将螺纹凸台焊在密封筒上相应的位置，射流入口管路通过一端带外螺纹的PVC管连接在螺纹凸台上。射流进水管另一端连接在离心泵的出水管道上，通过离心泵将水槽中的水输送进入密封筒内。射流出水管一端连接密封筒右端盖上的出水口处，另一端放置在水槽之中。在电机支座上开有比射流出水管略大的孔用于安放射流出水管，分担射流出水管道的重量，便于整体管件的稳定性。密封筒体上有用于排气的上螺纹孔和用于排水的下螺纹孔。如图7所示。同时在射流入水管上面分别安装流量计、压力表、PVC球阀，在射流出水管上面安装有PVC球阀，通过读出射流入水管流量计的数据可以计算出射流孔射流流量大小，通过射流进水管与射流出水管流量比较，可以对射流系统泄漏量进行量化，通过射流管路上的PVC球阀调节管路流量的大小。射流供给系统的管路上由于安装有流量计、压力表等部件，使得管路整体的负重比较大。在压力表与流量计的中间设计有支撑架，支撑架将分担整个射流进水管管路的重量，支撑架通过螺栓连接在试验平台的相应位置上。

射流供给系统的工作原理是：首先拧紧排水管上的PVC球阀，拧开密封筒上的螺栓，将水槽中盛满水，由离心泵一端将水抽出，并通过一定的压强将水压入水管。此间，高速水流将由流量计的入口流入，而从其出口流出。流量计的作用是用来计算出射流时水的流速，为装置试验过程中的以不同射流速度射流并对比分析的过程提供了更为可靠的依据。然后，进入密封筒体内的水会通过试验样件上的通孔进入腔体内，此时密封筒体内的空气会随着密封筒上的螺纹孔排出，待水没过螺纹孔时拧上螺栓，此时打开排水管上的PVC球阀，腔体内的水会通过密封筒右端盖上的通孔回流回水槽内，完成整个装置的射流过程。此过程中流体将经由装置排水出口回流至水槽，完成水的循环利用，节约资源。在试验完成时，可以拧开密封筒下端的螺栓排出多余的水。

V型导轨移动平台主要由信号耦合器基座、V型导轨平台、V型导轨、限位挡板组成。扭矩信号耦合器与键槽板相组合，通过键对扭矩信号耦合器进行周向固定。扭矩信号耦合器通过螺钉连接在键槽板上，键槽板通过螺钉连接在扭矩信号耦合器基座上。扭矩信号耦合器基座通过螺钉连接在V型导轨平台上，射流部件中的密封筒左端盖通过肋板64焊在V型导轨平台上。V型导轨平台套在V型导轨上，利用螺栓的拧紧与放松实现V型导轨平台的移动。其中V型导轨直接焊在试验台上相应位置。限位挡板通过螺钉固定在试验台上起到限位的作用。

V型导轨移动平台的工作原理如下:在每次做完试验后，先排出密封筒内多余的水，待水排完后，拧开密封筒左端盖上的螺钉，松开V型导轨平台上的螺栓，将V型导轨平台上的装置一起往外移，移动到合适的位置时，拧紧V型导轨平台上的螺栓将V型导轨平台固定住，再更换外筒上的试验样件，更换好试验样件后，将整个装置往前移动，固定好后，连接好螺钉，再次开始下一次试验。

当做非光滑表面结构试验时，分别做光滑表面结构试验样件(试验样件上设置若干通水孔)和所需的几组非光滑表面结构的试验样件的对照试验。按照装配过程，将试验装置一次安装好，拧紧PVC球阀，拧开上螺纹孔中的螺栓，通过射流入水管对密封筒内注入流体，当上螺纹孔中有稳定流体流出时，说明密封筒内已经充满流体，此时将螺栓拧上上螺纹孔同时关闭PVC球阀让离心泵停止供水。试验过程中，通过变频器调节电机在几组不同转速情况下，将不同转速下对应下扭矩信号耦合器所测得的信号值，通过变送器对信号进行放大滤波后将模拟信号输送给采集卡，并由采集卡输送至计算机，将相应数据存储于计算机中。当光滑表面结构情况完成后，通过拧开下螺纹孔中的螺栓将密封筒内的液体排干，利用V型导轨移动平台取出光滑试验样件。当试验样件为非光滑表面结构时，按照以上相同步骤进行操作。试验过程中，依次调节变频器使电机在以上几组转速的档次，将采集卡中数据采集出，依次存储计算机中。当几组试验样件情况依次完成后，对所有数据进行对照、分析、处理，得出结论。做非光滑表面结构试验时，不需要对射流入口管路提供流体。试验样件表面涂覆涂层试验操作过程同非光滑表面结构试验过程一致。

在射流试验过程中，按照装配过程，将试验装置一次安装好，在电机启动前，拧紧PVC球阀，拧开螺栓，打开离心泵向密封筒内供水看到螺纹孔中有水冒出时，拧上螺栓同时打开PVC球阀。在电机启动后，通过变频器调节电机达到所需转速，由于试验样件表面开有射流孔，在压力的作用下，流体从射流孔向内筒方向射出。而内筒周围流体由于射流原因，需要外溢，通过密封筒右端盖上的射流出水管将多余流体排出，保证密封筒内始终充满流体，并且压力为常压状态。流体从水槽中通过射流进水管进入射流装置系统，试验样件通过射流孔向内筒方向射流，密封筒内多余流体通过射流出水管流入水槽，水槽中流体循环供给。依次调节变频器使电机在所需要对照的几组转速的档次，将采集卡中数据采集出，依次存储计算机中。在做光滑表面对照试验时，由于试验样件表面不存在射流情况，因此当射流入口管路内腔、内筒周围存水腔部分、密封筒与试验样件之间内腔部分充满流体后，将射流进水管上的PVC球阀及射流出水管上的PVC球阀关闭。当几组试验样件情况依次完成后，对所有数据进行对照、分析、处理，最后得出结论。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型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，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：包括射流部件、动力输入组件、配水组件、移动组件、磁流体密封组件和信号处理组件，所述的动力输入组件的电机通过第一联轴器与所述的射流部件的输入轴相连，所述的射流部件的输出轴通过第二联轴器与所述的信号处理组件的扭矩信号耦合器相连，所述的信号处理组件、所述的射流部件都安装在所述的移动组件上；所述的配水组件的进水管与所述的射流部件的入水口管道连接，所述的配水组件的出水管与所述的射流部件的出水口管道连通；所述的射流部件通过磁流体密封组件密封；

所述的射流部件包括密封筒组件、外筒组件、内筒组件、输入轴和输出轴，所述的密封筒组件、所述的外筒组件和所述的内筒组件依次从外向内同轴排布形成三层的套筒式结构；所述的输入轴的动力输入端与所述的动力输入组件的动力输出端相连，所述的外筒组件右侧装有磁流体密封组件，并且所述的外筒组件通过相应的磁流体密封组件与所述的密封筒组件密封，所述的内筒组件密封装在所述的输入轴穿过密封筒组件的密封筒右端盖的动力输出端，并保证所述的内筒组件与所述的输入轴同步运转；所述的输出轴的动力输入端与所述的外筒组件的外筒左端盖密封连接，所述的输出轴的动力输出端通过第二联轴器与所述的信号处理组件连接；

所述的配水组件包括水槽、离心泵、进水管和出水管，所述的离心泵的进水口通过管路引入所述的水槽内，所述的离心泵的出水口与所述的进水管的进水端相连，所述的进水管的出水端与所述的密封筒组件的入水孔相连，所述的出水管的进水端与密封筒组件的出水孔连通，所述的出水管的出水端引入所述的水槽内，实现测试用水的循环；所述的进水管上设置流量计和压力表，所述的出水管上设有球阀；

所述的移动组件包括底部支架、V型导轨和V型导轨移动平台，所述的V型导轨水平安装在所述的支架的上部，所述的V型导轨移动平台与所述的V型导轨滑动连接，所述的V型导轨移动平台上安装所述的信号处理组件，所述的射流部件、所述的动力输出组件均安装在所述的底部支架上，并保持所述的信号处理组件、所述的射流部件和所述的动力输出组件处于同一轴线上；

所述的信号处理组件包括扭矩信号耦合器基座、键槽板、扭矩信号耦合器和信号处理器，所述的扭矩信号耦合器基座安装在所述的V型导轨移动平台上，所述的扭矩信号耦合器基座上部安装所述的键槽板，所述的扭矩信号耦合器的一端通安装在所述的键槽板上，另一端通过第二联轴器与所述的输出轴的动力输出端相连；所述的扭矩信号耦合器的信号输出端与外部的信号处理器信号连接。

2.如权利要求1所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的密封筒组件包括带有入水孔的密封筒、密封筒左端盖和密封筒右端盖，所述的密封筒左端盖、密封筒右端盖分别密封安装在所述的密封筒的两端；所述的外筒组件设置在所述的密封筒的内部，所述的外筒组件包括筒形试验样件、外筒左端盖和外筒右端盖，所述的外筒左端盖和所述的外筒右端盖分别密封安装在所述的试验样件的两端，并且所述的外筒右端盖外侧配有磁流体密封组件，所述的外筒右端盖通过相应的磁流体密封组件实现外筒右端盖与密封筒右端盖圆台处之间的密封；所述的内筒组件包括内筒、内筒左端盖和内筒右端盖，其中所述的内筒左端盖和所述的内筒右端盖密封安装在所述的内筒的两端，所述的内筒右端盖与所述的输入轴的输出端螺接，保持内筒右端盖、所述的外筒右端盖以及所述的密封筒右端盖同轴。

3.如权利要求2所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的密封筒上壁设有用于排气的第一螺纹孔，所述的密封筒的下壁设有用于排水的第二螺纹孔，所述的第一螺纹孔和第二螺纹孔均配有相应的密封螺栓；所述的密封筒的入水孔上方焊有用以连接输水管的螺纹凸台。

4.如权利要求2所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的磁流体密封组件包括圆环形永久磁铁、两块与永久磁铁相配合的相同的极靴，每块极靴内壁或外壁上有齿槽；两块极靴、形成相对运动的旋转件以及极靴与旋转件之间的间隙构成磁性回路，形成密封在旋转件上的磁性密封件。

5.如权利要求1所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的输出轴的外部套接左连接筒，左连接筒的一端通过螺栓与所述的密封筒左端盖固接，并且保持左连接筒和密封筒左端盖同轴；左连接筒的另一端装有左连接筒端盖，所述的左连接筒与所述的输出轴之间配有一套所述的磁流体密封组件，其中左连接筒的内孔与磁流体密封组件的两块极靴过渡配合，两块极靴、输出轴以及极靴与输出轴之间的间隙形成磁性回路，形成密封在输出轴上的磁性密封件。

6.如权利要求5所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的左连接筒与所述的密封筒左端盖之间夹有调整垫片，并且所述的密封筒左端盖的安装孔内嵌有防水轴承，所述的左连接筒端盖处配有深沟球轴承，所述的输出轴的两端装在相应的深沟球轴承和所述的防水轴承上。

7.如权利要求1所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的输入轴的外部套接右连接筒，其中右连接筒的一端与所述的密封筒右端盖固接，另一端装有相应的轴承透盖；所述的右连接筒与所述的密封筒右端盖之间夹有用于密封的毡圈端盖；所述的密封筒右端盖的安装孔处嵌有防水轴承，所述的右连接筒与所述的输入轴之间的间隙配有深沟球轴承，所述的输入轴的两端装在相应的防水轴承和深沟球轴承上；所述的输入轴的输入端配有用于密封的毡圈，毡圈与输入轴为过盈配合。

8.如权利要求7所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的密封筒右端盖的内表面设有轴向圆台，所述的外筒右端盖和所述的密封筒右端盖的圆台之间配有另一套磁流体密封组件，其中外筒右端盖的内孔与相应的磁流体密封组件的两块极靴过渡配合，两块极靴、圆台以及极靴和圆台之间的间隙形成磁性回路，形成密封在圆台上的磁性密封件。

9.如权利要求1所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的第一联轴器为弹性注销联轴器，所述的第二联轴器为梅花型联轴器。

10.如权利要求1所述的基于仿生的水下射流表面减阻测试装置，其特征在于：所述的V型导轨的末端配有限位挡块。