【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于流体机械工程，涉及一种负空化数通气空泡水洞试验装置及方法。
技术介绍
1、进入21世纪以来，超空泡水下发射航行体由于其隐蔽性好、精度高、高减阻等特点，已经成为各国水下装备的重要尖端武器装备，是21世纪海战武器领域的研究热点。面对装备发展需求，各国学者针对绕航行体超空泡开展了广泛研究。通气空泡是通过将不可凝结气体通入流场中，形成连续透明的气泡包裹航行体，以实现航行体表面摩擦阻力大幅度降低的目的，进而提高航行体运动速度。由于通气技术较容易生成超空泡，是目前工程实践中生成超空泡的主要手段。
2、目前，针对通气超空泡技术的研究往往依赖于实验、数值模拟和理论分析这三种方法。其中，数值模拟和理论分析由于其对边界条件的理想化导致结果无法直接应用在绕航行体通气超空泡的研究中。因而，针对通气超空泡开展实验研究是广受认可的主要研究手段。经过多年的研究，通气超空泡已经在水下潜射武器领域取得了广泛应用，并在某些装备上实现了实装。然而，通气超空泡虽然在一定程度上实现了阻力减小，但其针对对象主要为航行体水下航行时的摩擦阻力。摩擦阻力在航行体水下航行过程中仅仅是所受阻力的一部分，由于航行体前后压差导致的压差阻力也是制约航行体高速运动的主要原因之一。本世纪初，有俄罗斯学者针对该问题，提出了一种理论存在的高压通气空泡(负空化数通气空泡)，即泡内压力高于流场压力，使得航行体所受阻力可进一步减小。然而，目前针对该空泡尚无明确有效的研究手段。
3、因此，提出一种负空化数通气水洞试验装置及方法对深入研究负空化数通气空泡形成机制和流动
技术实现思路
1、本专利技术的目的是弥补现有实验手段的不足，在现有循环空化水洞的基础上，提供一种负空化数通气空泡水洞试验装置及方法，在预定试验条件下，通过改变通气空泡流动结构及物理场量分布，实现负空化数通气空泡生成。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
3、本专利技术还公开一种负空化数通气空泡水洞试验装置，包括通气流量控制及实时监测系统、负空化数通气空泡特征参数多场同步测量系统、负空化数生成系统。
4、通气流量控制及实时监测系统，根据输入的电流信号及其变化，实时改变通气流量控制器内的压差变化，实现通气流量的实时调整。
5、负空化数通气空泡特征参数多场同步测量系统，用于获得同一时间段内的空泡形态及相关的物理场和流场试验数据。
6、负空化数生成系统，通过结构场特征改变流场流动特征，提高通气空泡内的压力，实现负空化数通气空泡的生成。
7、所述通气流量控制及实时监测系统，包括压缩机、压力调节阀、缓冲罐、流量显示表、压差流量计、电脑、输气管和数据线。压缩机、压力调节阀、缓冲罐、流量显示表、压差流量计之间通过输气管连接，通过压力调节阀实现缓冲罐内部的压力控制，压差流量计根据输入的电流实时改变压差，实现流量控制并显示流量，同时流量显示表也显示经过流量系统的气体流量；电脑与压差流量计通过数据线连接，电脑根据需求生成对应的电流信号输出至压差流量计，实现通气流量的改变。
8、所述负空化数通气空泡特征参数多场同步测量系统，包括镝灯、高速相机、动态压力传感器、电脑、数据采集卡、同步触发器和数据线。镝灯连接到其开关，并由对应的镝灯支架固定。高速相机、动态压力传感器、同步触发器与电脑通过数据线连接，组成同步触发回路，信号由电脑生成，并经过同步触发器，同时抵达高速相机和动态压力传感器，实现同步触发功能。高速相机、动态压力传感器、数据采集卡和电脑由数据线连接，组成信号反馈回路，实现将高速相机和动态压力传感器获取的数据传输到电脑，获取高频数据信息。
9、所述负空化数生成系统，包括空化器、环形翼、后体、支撑杆、螺丝、水洞、树脂面板。空化器内部具有气体通路，输气管穿过后体与空化器连接，实现气体从通气流量控制及实时监测系统传输到负空化数生成系统。动态压力传感器和后体通过紧配合连接，实现关键区域动态压力测量。空化器通过改变流场结构和输入气体，实现通气空泡的生成。空化器与直筒通过螺丝链接，后体与支撑杆通过螺丝连接，支撑杆与水洞壁面通过螺丝连接，实现将空化器模型固定于水洞中央。环形翼与环形翼通过螺丝连接，环形翼通过改变通气空泡形态，提高通气空泡内部压力，实现生成负空化数空泡的目的。
10、本专利技术公开的一种负空化数通气空泡水洞试验方法，基于所述一种负空化数通气空泡水洞试验装置实现。所述一种负空化数通气空泡水洞试验方法，包括以下步骤：
11、步骤一、利用电脑控制通过压差流量计的气体流量，形成通气空泡，并由动态压力传感器实时采集压力信号，并生成电流信号，经过数据采集卡，输入至电脑中。利用同步触发器触发高速相机与动态压力采集卡，记录实验数据，进入步骤二；
12、步骤二、经过步骤一后，改变来流条件，重复步骤一，并同步记录步骤一的电流信号，直至完成全部所需的试验工况，进入步骤三；
13、步骤三、经过步骤二后，将记录结果处理后获得负空化数通气空泡稳定生成律信息，将生成律输入至电脑中，实现该初始条件或目标值下的负空化数通气空泡稳定生成。
14、步骤三所述记录结果处理的方式为：基于通气量、来流速度、泡内压力的回归分析。通气量与电脑输出至压差流量计的电流信号存在直接对应关系，将通气量替换为电脑输出至压差流量计的电流信号值；泡内压力与动态压力传感器输出的电流信号存在直接对应关系，将泡内压力替换为动态压力传感器输出的电流信号值，得出表征电脑输入至压差流量计的电流信号值与动态压力传感器输出的电流信号值之间的关系，即负空化数通气空泡稳定生成律，如公式(1)所示：
15、q＝αf(u,r,l,x,p,o)(1)
16、其中，q为通气量，u为来流速度，r为环形翼直径，l为环形翼长度，x为环形翼位置，p为通气空泡内部压力，σ为通气空泡空化数，α为经验参数，f()为函数数学表达式。公式(1)经过转化后得到形如公式(2)的式子：
17、
18、其中，为电脑输入至压差流量计的电流信号值，π为模型几何参数，为动态压力传感器输出的电流信号值，f()为对应的关系式，β为经验参数。
19、所述负空化数通气空泡稳定生成律，为电脑输入至压差流量计的电流信号值与动态压力传感器输出的电流信号值之间的关系，在预定条件下存在的对应关系。
20、依照所述负空化数通气空泡稳定生成律，输入来流速度、模型参数、以及负空化数对应的泡内压力信号，获取生成通气空泡所需通气量，输入至试验装置中，实现负空化数通气空泡稳定生成。
21、有益效果：
22、1、本专利技术公开的是一种负空化数通气空泡水洞试验装置及方法，利用结构和实时通气量控制通气空泡内部压力高于环境压力，实现结构体在不同流动条件下的负空化数通气空泡生成。
23、2、本专利技术公开的是一种负空化数通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种负空化数通气空泡水洞试验装置，其特征在于：包括通气流量控制及实时监测系统、负空化数通气空泡特征参数多场同步测量系统、负空化数生成系统；
2.一种负空化数通气空泡水洞试验方法，基于如权利要求1所述的一种负空化数通气空泡水洞试验装置实现，其特征在于：包括以下步骤，
【技术特征摘要】
1.一种负空化数通气空泡水洞试验装置，其特征在于：包括通气流量控制及实时监测系统、负空化数通气空泡特征参数多场同步测量系统、负空化数生成系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍岳，刘超，吴钦，王国玉，黄彪，郝亮，宗子建，杨青峰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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