CN211085622U - 一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，包括动力传输装置、试验装置、角度调节装置、供水装置、辅助装置及试验平台，所述动力传输装置一端连接所述试验装置一端，所述试验装置的另一端与所述的供水装置连接，所述试验装置安装在所述的角度调整装置之上。本实用新型的有益效果是：体积小、结构紧凑简单、所需成本低、操作简单、试验性能强、不受周围试验环境限制以及方便射流壁面试验样件装卸等优点，满足不同形状射流孔的射流壁面试验样件。

Description

一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种流体阻力测试装置，具体的说是一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置。

背景技术

近几年来，随着能源消耗日益严重，能源问题已成为全球必须面对和解决的问题，节能降耗迫在眉睫。减小物体所受的阻力，可以降低能源消耗，提高能源利用率。减阻技术的研究不具有很高的军事价值，而且具有广泛的经济价值，一直是国内外科研工作者致力研究的热点问题之一。常规水面船舶表面摩擦阻力约占总阻力的50%，水下航行器表面摩擦阻力甚至占总阻力的70%。天然气、石油在长距离输送过程中，泵站的动力几乎全部用于克服流体表面摩擦阻力。根据理论推算，在动力和能源一定条件下，假设水下航行器的阻力减小10%，则其巡航速度和航程可以同时增加约3.57%;此外，即便只能获得较小的减阻效果，每年也可以节约大量的能源，对于缓解当前口益严峻的能源危机极为重要。因此研究减阻技术对降低能源消耗、减小油气管道输送动力、提高船舶和飞行体等运载设备航速、提升军事作战能力、提高高层消防灭火水炮射程等具有重要意义。

而对减阻壁面的研究的装置基本上都是水洞、水槽、风洞这些装置，但是这些装置还是存在很多限制，如占地大、成本高、操作繁琐、对操作者的技能要求很高、试验条件高以及不能随时随地进行试验等因素影响，难以在普通实验室普及，因此在研究减阻表面减阻特性中急需要一套小型的成本低并且能够实现多功能的试验装置。

实用新型内容

针对现有的流体阻力测试装置占地大、成本高、操作繁琐、不易装卸、功能有限等问题，本实用新型提出了一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，包括动力传输装置、试验装置、角度调节装置、供水装置及试验平台，所述动力传输装置的一端与所述试验装置的一端传动连接，所述试验装置的另一端与所述的供水装置相连通，所述试验装置固定设置在所述角度调整装置上，从而实现对试验装置的多角度调节。

所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述动力传输装置包括电机、第一联轴器、传感器支座、扭矩传感器、第二联轴器、动力轴、第一轴承左端盖、第一套筒、小肋板及第一轴承右端盖，所述电机、传感器支座及小肋板分别固定在试验平台上，所述电机的输出轴与扭矩传感器通过第一联轴器连接，所述扭矩传感器固定安装在传感器支座的上端，所述扭矩传感器的另一端与动力轴通过第二联轴器连接，所述动力轴穿设于由所述的第一轴承左端盖、第一套筒及第一轴承右端盖组成的圆筒结构。

所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述试验装置包括传动轴、第二轴承左端盖、第二套筒、密封筒左端盖、密封端盖、样件支撑架、密封筒、射流壁面圆筒、密封筒右端盖、磁流体密封结构、固定盖及锁紧螺母，所述第二套筒左端通过螺钉固定第二轴承左端盖，右端通过螺栓固定在密封筒左端盖的外侧安装面，所述第二轴承左端盖内部装有用于密封的毡圈，所述密封端盖安装在密封筒左端盖的内侧安装面，所述密封筒两端通过螺栓分别连接密封筒左端盖及密封筒右端盖，所述样件支撑架安装在密封筒、密封筒左端盖及密封筒右端盖三者构成的密封空间中，所述样件支撑架外侧套上射流壁面圆筒，并在左侧通过螺钉固定射流壁面圆筒，所述射流壁面圆筒的右侧通过螺栓安装固定盖，所述密封筒右端盖与固定盖之间通过磁流体密封结构进行密封，所述固定盖上有多个用于进水的通孔，所述密封筒上端开有通孔，通孔内安装通气螺栓，密封筒下端开有排水口，所述密封筒右端盖上开有进水口。

所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述角度调节装置包括万向节联轴器、推杆电机连接座、试验装置底板、推杆电机、推杆电机支座、合页及基台，所述万向节联轴器连接传动轴，所述试验装置底板上通过大肋板固定所述的试验装置，所述试验装置底板一端与基台一侧的竖板通过合页连接，所述试验装置底板另一端底部焊接推杆电机连接座，所述基台一侧采用L型结构，且L型结构直角处固定推杆电机支座，所述推杆电机支座上面通过螺钉固定推杆电机，所述推杆电机通过销连接推杆电机连接座，所述基台另一侧采用口型结构，用于安装固定所述的供水装置。

所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述供水装置包括水泵、水槽、泵进水管、进水管、出水管，所述水泵进水口通过法兰与所述的泵进水管连接，其出水口通过法兰与进水管连接，所述泵进水管通入水槽中，所述进水管的另一端与试验装置的进水口连接，所述出水管与所述试验装置的出水口连接，另一端通入所述的水槽，形成循环。

所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述磁流体密封结构包括极靴、磁铁、孔用弹性挡圈、调整垫片，所述磁流体密封结构安装在固定盖与密封筒右端盖之间，所述磁铁安装在固定盖的安装孔中，所述磁铁两侧安装极靴，所述调整垫片安装在极靴的内侧，所述孔用弹性挡圈安装在极靴外侧。

所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述动力轴从左向右共有七段，第一段通过平键连接第二联轴器，第三段和第五段各安装一个滚动轴承，并通过轴肩以及第一轴承左端盖、第一轴承右端盖对滚动轴承进行固定，第七段通过平键和螺钉与角度调节装置连接，所述第一套筒左右两端通过螺钉分别固定第一轴承左端盖和第一轴承右端盖，所述第一套筒通过小肋板与试验平台焊接固定。

所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述传动轴从左向右共有九段，第一段通过平键与螺钉与所述的万向节联轴器连接，第三段和第六段固定安装滚动轴承，并通过轴肩以及第二轴承左端盖、密封筒左端盖固定滚动轴承，第七段贯穿密封端盖，第八段通过平键和第九段上的锁紧螺母固定安装样件支撑架。

本实用新型的有益效果是：体积小、结构紧凑简单、所需成本低、操作简单、试验性能强、不受周围试验环境限制以及方便射流壁面试验样件装卸等优点，满足不同形状射流孔的射流壁面试验样件；通过角度调节装置中的可以调整射流角度，评估出最优减阻效果；万向节联轴器可以使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴高速回转，并可靠地传递转矩和运动，结构紧凑，传动效率高。

附图说明

图1为本实用新型的结构图；

图2为本实用新型角度调整后的装置结构图；

图3为本实用新型试验装置的结构图；

图4为本实用新型图1的Ⅰ处局部放大图；

图5为本实用新型A-A处的剖面图；

图6为本实用新型磁流体密封结构的结构图；

图中：电机1、第一联轴器2、传感器支座3、扭矩传感器4、第二联轴器5、动力轴6、第一轴承左端盖7、第一套筒8、小肋板9、第一轴承右端盖10、万向节联轴器11、测试装置12、大肋板13、出水管14、进水管15、泵进水管16、水泵17、基台18、水槽19、推杆电机连接座20、试验装置底板21、推杆电机22、推杆电机支座23、合页24、试验平台25、传动轴101、第二轴承左端盖102、第二套筒103、密封筒左端盖104、密封端盖105、样件支撑架106、密封筒107、通气螺栓108、射流壁面圆筒109、密封筒右端盖110、磁流体密封结构111、固定盖112、锁紧螺母113、调整垫片1101、极靴1102、磁铁1103、孔用弹性挡圈1104。

具体实施方式

下面结合附图进一步对本实用新型作进一步描述。

参照附图1-6所示：一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，动力传输装置、试验装置、角度调节装置、供水装置及辅助装置，其中动力传输装置一端连接所述的试验装置一端，试验装置的另一端与所述的供水装置连接，试验装置安装在所述的角度调整装置之上。

结合附图1，附图2，附图5，对动力传输装置进行详细地说明：电机1为整个装置提供动力，安装固定在试验平台25上，电机1的输出轴通过第一联轴器2与扭矩传感器4的输入轴连接，扭矩传感器4通过螺栓固定在传感器支座3上，传感器支座3固定安装在试验平台25上，扭矩传感器4的输出轴通过第二联轴器5与动力轴6连接，动力轴6贯穿第一轴承左端盖7、第一套筒8和第一轴承右端盖10组成的圆筒，动力轴6从左向右共有七段，第一段通过平键连接第二联轴器5，第三段和第五段各安装一个滚动轴承，用于固定定位，并通过轴肩以及第一轴承左端盖7、第一轴承右端盖10对滚动轴承进行固定，第七段通过平键和螺钉与万向节联轴器11连接，第一套筒8左右两端通过螺钉分别固定第一轴承左端盖7和第一轴承右端盖10，第一套筒8通过小肋板9与试验平台25焊接固定，扭矩传感器4的输入轴受到电机1的作用，输出轴受到试验装置12的作用，两者共同作用从而产生动态扭矩，从而可以得出减阻率。

结合附图1，附图2，附图3，附图5，对试验装置12进行详细地说明：整个装置从左往右开始，传动轴101从左向右共有九段，第一段通过平键与螺钉与万向节联轴器11连接，第三段和第六段固定安装滚动轴承，并通过轴肩以及第二轴承左端盖102、密封筒左端盖104固定滚动轴承，第七段贯穿密封端盖105，第八段通过平键和第九段上锁紧螺母113固定安装样件支撑架106，传动轴101贯穿由第二轴承左端盖102、第二套筒103和密封筒左端盖104组成的圆筒，第二轴承左端盖102内部安装有毡圈，用于密封，第二套筒103左端安装面上通过螺钉固定第二轴承左端盖102，第二套筒103通过螺栓固定在密封筒左端盖104外侧的安装面上，密封端盖105安装固定在密封筒左端盖104的内侧，密封端盖105内部同样安装毡圈，防止流体进入第二套筒103，从而对滚动轴承等零件损伤，密封筒107左右两侧安装密封筒左端盖104和密封筒右端盖110，形成一个密闭空间，密封筒110的上端开有通气孔，用于进水时排出多余的空气，不用时拧上通气螺栓108，下端开有出水口，密封筒右端盖110圆心处开有进水口，样件支撑架106形状是圆桶形，并且在桶壁上开有多个大通孔，方便水流流出，样件支撑架106与密封筒107同心安装，在其外侧套上射流壁面圆筒109，左侧通过螺钉固定，在射流壁面圆筒109的右侧通过螺钉固定固定盖112，固定盖112绕圆心均匀开有多个通孔，用于进水，在固定盖112与密封筒右端盖110之间安装有磁流体密封结构111，磁流体密封结构111的特点是在合理压差内，可实现零泄漏；该结构是非接触的，故而不会影响扭矩的精度下降问题，试验装置12开始试验时，水流先从密封筒右端盖110进入，流过固定盖112进入样件支撑架106内，再从射流壁面圆筒109流出进入密封筒107，最后从密封筒107下端的出水口流出。

结合附图1，附图2，附图4，对角度调节装置进行详细地说明：万向节联轴器11可以使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴高速回转，并可靠地传递转矩和运动，其特点是结构紧凑，传动效率高，万向节联轴器11左右两端通过平键和螺钉分别连接动力轴6和传动轴101，试验装置底板21上通过大肋板13固定试验装置12，试验装置底板21的右侧下端通过焊接固定推杆电机连接座20，其左侧通过多个合页24与基台18连接，基台18共分为两部分，左侧形状为L型，其顶端与试验装置底板21连接，其直角处安装固定截面为三角形的推杆电机支座23，推杆电机22底端通过螺钉固定在推杆电机支座23上，顶部通过销与推杆电机连接座20连接，基台18右侧形状为口型，用于安装固定水泵17。

结合图1，图2，对供水装置进行详细地说明：水泵17为整个装置提供水流，其进水口通过法兰连接泵进水管16，泵进水管16通入水槽19内，水泵17的出水口通过法兰与进水管15连接，进水管15的另一端与密封筒右端盖110连接，出水管14一端连接密封筒107的出水口，另一端通入水槽19，水槽19置放在基台18上，出水管14与进水管15材料为聚氨酯等聚合材料，易变形，即使在试验装置的角度调节之后，也不会对试验造成影响。

结合图1，图2，对辅助装置进行详细地说明：试验平台25上固定安装电机1、传感器支座3、小肋板9，大肋板13上端固定试验装置12，下端连接试验装置底板21。

结合图3，图6，对磁流体密封装置进行详细地说明：磁流体密封结构111安装在固定盖112与密封筒右端盖110之间，磁铁1103安装在固定盖112的安装孔中，在磁铁1103两侧安装极靴1102，调整垫片1101安装在极靴1102的内侧，孔用弹性挡圈1104安装在极靴1102外侧，用于固定，防止极靴1102与安装通孔之间泄漏。

测试装置的工作原理是：试验开始时，首先打开水泵17，拧开通气螺栓108，扎紧出水管14，水从水槽19中进入试验装置12，等到水漫过通气口时松开出水管14，拧紧通气螺栓108，调整角度，打开缩短推杆电机22，整个试验装置12以万向节联轴器11处为圆心进行角度调整，待到合适时关闭推杆电机22，再打开电机1，带动动力轴6和传动轴101旋转，传动轴101带动射流壁面圆筒109旋转，水流从射流壁面圆筒109内侧向外侧流出形成射流，由于射流作用，扭矩传感器4会收到电机1与射流共同作用的动态扭矩，然后重新换上光滑水翼部件测得动态扭矩，对比算出减阻率。待到试验结束，多余的水从密封筒107下方的出水管14排出，防止零件受损。

本实用新型的目的在解决中射流壁面减阻效果进行评估的基础上，同时对装置中的射流角度进行调节，通过对照试验可以评估射流方向不同角度时减阻效果。对于射流壁面可以加工不同形状，如光滑表面、凸起结构等，通过数据采集系统采集试验装置中的不同水翼试验样件的减阻率，进行数据对比，得到不同表面结构的减阻效果，从而研究射流表面结构的减阻特性。

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 (8)

1.一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，包括动力传输装置、试验装置、角度调节装置、供水装置及试验平台，所述动力传输装置的一端与所述试验装置的一端传动连接，所述试验装置的另一端与所述的供水装置相连通，所述试验装置固定设置在所述角度调节装置上，从而实现对试验装置的多角度调节。

2.根据权利要求1所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述动力传输装置包括电机（1）、第一联轴器（2）、传感器支座（3）、扭矩传感器（4）、第二联轴器（5）、动力轴（6）、第一轴承左端盖（7）、第一套筒（8）、小肋板（9）及第一轴承右端盖（10），所述电机（1）、传感器支座（3）及小肋板（9）分别固定在试验平台（25）上，所述电机（1）的输出轴与扭矩传感器（4）通过第一联轴器（2）连接，所述扭矩传感器（4）固定安装在传感器支座（3）的上端，所述扭矩传感器（4）的另一端与动力轴（6）通过第二联轴器（5）连接，所述动力轴（6）穿设于由所述的第一轴承左端盖（7）、第一套筒（8）及第一轴承右端盖（10）组成的圆筒结构。

3.根据权利要求1所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述试验装置包括传动轴（101）、第二轴承左端盖（102）、第二套筒（103）、密封筒左端盖（104）、密封端盖（105）、样件支撑架（106）、密封筒（107）、射流壁面圆筒（109）、密封筒右端盖（110）、磁流体密封结构（111）、固定盖（112）及锁紧螺母（113），所述第二套筒（103）左端通过螺钉固定第二轴承左端盖（102），右端通过螺栓固定在密封筒左端盖（104）的外侧安装面，所述第二轴承左端盖（102）内部装有用于密封的毡圈，所述密封端盖（105）安装在密封筒（107）左端盖的内侧安装面，所述密封筒（107）两端通过螺栓分别连接密封筒左端盖（104）及密封筒右端盖（110），所述样件支撑架（106）安装在密封筒（107）、密封筒左端盖（104）及密封筒右端盖（110）三者构成的密封空间中，所述样件支撑架（106）外侧套上射流壁面圆筒（109），并在左侧通过螺钉固定射流壁面圆筒（109），所述射流壁面圆筒（109）的右侧通过螺栓安装固定盖（112），所述密封筒右端盖（110）与固定盖（112）之间通过磁流体密封结构（111）进行密封，所述固定盖（112）上有多个用于进水的通孔，所述密封筒（107）上端开有通孔，通孔内安装通气螺栓（108），密封筒（107）下端开有排水口，所述密封筒右端盖（110）上开有进水口。

4.根据权利要求1所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述角度调节装置包括万向节联轴器（11）、推杆电机连接座（20）、试验装置底板（21）、推杆电机（22）、推杆电机支座（23）、合页（24）及基台（18），所述万向节联轴器（11）连接传动轴（101），所述试验装置底板（21）上通过大肋板（13）固定所述的试验装置，所述试验装置底板（21）一端与基台（18）一侧的竖板通过合页（24）连接，所述试验装置底板（21）另一端底部焊接推杆电机连接座（20），所述基台（18）一侧采用L型结构，且L型结构直角处固定推杆电机支座（23），所述推杆电机支座（23）上面通过螺钉固定推杆电机（22），所述推杆电机（22）通过销连接推杆电机连接座（20），所述基台（18）另一侧采用口型结构，用于安装固定所述的供水装置。

5.根据权利要求1所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述供水装置包括水泵（17）、水槽（19）、泵进水管（16）、进水管（15）、出水管（14），所述水泵（17）进水口通过法兰与所述的泵进水管（16）连接，其出水口通过法兰与进水管（15）连接，所述泵进水管（16）通入水槽（19）中，所述进水管（15）的另一端与试验装置的进水口连接，所述出水管（14）与所述试验装置的出水口连接，另一端通入所述的水槽（19），形成循环。

6.根据权利要求3所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述磁流体密封结构（111）包括极靴（1102）、磁铁（1103）、孔用弹性挡圈（1104）、调整垫片（1101），所述磁流体密封结构（111）安装在固定盖（112）与密封筒右端盖（110）之间，所述磁铁（1103）安装在固定盖（112）的安装孔中，所述磁铁（1103）两侧安装极靴（1102），所述调整垫片（1101）安装在极靴（1102）的内侧，所述孔用弹性挡圈（1104）安装在极靴（1102）外侧。

7.根据权利要求2所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述动力轴（6）从左向右共有七段，第一段通过平键连接第二联轴器（5），第三段和第五段各安装一个滚动轴承，并通过轴肩以及第一轴承左端盖（7）、第一轴承右端盖（10）对滚动轴承进行固定，第七段通过平键和螺钉与角度调节装置连接，所述第一套筒（8）左右两端通过螺钉分别固定第一轴承左端盖（7）和第一轴承右端盖（10），所述第一套筒（8）通过小肋板（9）与试验平台（25）焊接固定。

8.根据权利要求4所述的一种实现多角度射流的仿生壁面流体阻力的测试装置，其特征在于，所述传动轴（101）从左向右共有九段，第一段通过平键与螺钉与所述的万向节联轴器（11）连接，第三段和第六段固定安装滚动轴承，并通过轴肩以及第二轴承左端盖（102）、密封筒左端盖（104）固定滚动轴承，第七段贯穿密封端盖（105），第八段通过平键和第九段上的锁紧螺母（113）固定安装样件支撑架（106）。

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