【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水动力学试验研究领域，涉及一种用于测量水下推进器水动力及流场信息的水平回流式水洞装置及方法。
技术介绍
1、水洞是水动力学试验中一种可以控制水流速度的设备，可用来研究水下结构物表面流场信息以及水动力情况、水流与结构物之间的作用力等。与普通水池相比，水洞可以通过控制水流速度来模拟水下结构物的运动，同时又保留了结构物自身的运动自由度，在水动力试验中具有广泛的应用。
2、目前国内用于水动力学试验的水洞专利技术较为有限，且多数水洞的动力系统都比较简易，采用大尺寸螺旋桨或水泵来驱动水流运动。这会导致水流在截面中心速度较大，边缘速度较小，分布不均匀，难以满足对水流稳定性要求较高的水洞试验和试验安全要求。此外，部分大型水洞专利技术整流结构复杂，除水洞转角处的整流叶片，还需要多段整流结构，水流的动能损失较大，水洞的综合建造成本较高。
3、例如，公开号为cn105401554a的中国专利技术专利《一种闭环式机械流动水系统》于2016.03.16公开了一种闭环式机械流动水系统，利用环形平板半圆周转动机构作为划水装置，实现水在环形水槽中的循环流动。这种动力结构过于简易，提供的水流速度有限，难以满足试验需求。
4、公开号为cn210834086u的中国技术专利《一种水平水洞装置》于2019.09.12公开了一种可调流量流速的水平式水洞，包含动力段、扩散段、第一回流拐角段、稳定段、收缩段、试验段、第二回流拐角段等，其中，动力段是包括电机和流量可调的轴流水泵，扩散段是沿水流向第一回流拐角段扩张，稳定段是沿水
5、公开号为cn112798225a的中国专利技术专利《立式串列双试验段空泡水洞试验装置》于2023.09.05公开了一种立式串列双试验段空泡水洞试验装置，利用螺旋桨作为动力装置，整流装置包括两组蜂窝整流器以及四组拐角处的整流叶片、两段收缩段。动力装置仅由两个螺旋桨组成，过于简单，难以提供均匀的水流，需要复杂的整流结构才能满足试验要求。且大型螺旋桨的需用功率较高，一旦出现故障，维修成本较大，试验安全性较低。
技术实现思路
1、针对上述缺陷，本专利技术提供了一种测量水下推进器水动力及流场信息的水洞装置及方法，优化水洞的动力系统，降低单个动力模块的功率需求，提高试验安全性；使水流速度在截面上的均匀分布，提高试验可靠性；同时降低对整流装置的需求，采用简便的整流片即可满足试验需求，简化水洞系统的复杂程度，降低建造成本。
2、一种测量水下推进器水动力及流场信息的水洞装置，包括水洞框架，所述水洞框架围成立式回形洞体主流道，所述主流道同一侧分布有模块化水墙，以提供集中动力，所述主流道另一侧分布有水下推进器，以测量推进器的水动力性能；所述主流道的拐角处设有金属导流片，以进行整流，所述主流道内还设有水流测速计，以对主流道内的水流进行速度监测。
3、作为优选，所述水洞框架包括开放式的水洞外壳、起支撑作用的水洞外部框架以及内部环形壁板，其中，所述水洞外壳采用透明亚克力板，所述水洞外部框架采用铝型材，所述内部环形壁板底部设有限位器，当主流道水灌满时限制其移动。
4、作为优选，内部环形壁板、金属导流叶片、水墙、水流测速计、六分量天平均可拆卸，使水洞装置能够作为水池进行实验。
5、作为优选，所述模块化水墙具有一定厚度，水墙内置若干水下涵道螺旋桨，该水下涵道螺旋桨的尾流在主流道的截面形成分布均匀的水流，所述模块化水墙间隔竖直分布，以在水洞截面各个位置同时驱动水流；相邻所述水墙之间间隔一段距离，使得水流能够充分发展，水墙内每一个螺旋桨模块都由单独的电机驱动，通过控制模块控制电机转速进而控制螺旋桨产生的水流速度。
6、作为优选，所述推进器通过安装架与水洞框架连接，所述安装架包括姿态调整架和u型固定支撑架，所述推进器通过姿态调整架与六分量天平连接，通过姿态调整架来改变迎角，所述六分量天平通过u型固定支撑架与水洞框架连接。
7、作为优选，所述推进器为推进翼，所述推进翼两端为机翼端板，中间为机翼主体，机翼端板和机翼主体通过支撑翼梁连接；机翼端板翼型为沿翼展宽度方向从基底延伸到尖端，所述横流风机设于机翼端板的后缘，并在横流风机的出风口处加装导流板，所述横流风机连接电机并能够独立控制转速。
8、作为优选，所述u型固定支撑架的两臂上设有连接板，通过连接板与水洞框架固定连接，u型固定支撑架和连接板上设有若干螺栓孔，通过改变螺栓孔来改变推进翼竖直方向的位置。
9、作为优选，所述水流测速计通过所述测速计支撑架与所述水洞框架固定连接，所述测速计支撑架包括u型固定支撑架和连接板，所述测速计安装于所述u型固定支撑架上，通过u型固定支撑架两端的连接板与水洞框架固定连接。
10、作为优选，所述水流测速计水流测速计安装在推进翼上游一定距离处，以监测来流速度；所述六分量天平安装于推进翼姿态调整支架和u型固定支撑架之间，以直接测量推进翼的水动力参数。
11、作为优选，所述金属导流片包括若干片圆弧形金属片，其尺寸大小一致，截面为四分之一圆弧；所述导流片在主流道拐角段中从内到外等间距分布，导流片截面圆弧与相邻水洞流道相切，使得水流在拐角段顺利过渡。
12、本专利技术还公开了一种测量水下推进器水动力及流场信息的水洞装置的工作方法，基于上述的水洞装置，通过姿态调整支架来调整推进翼的迎角，设置试验工况；然后往水洞内注入适量的水，通过水墙动力模块来驱动水流，通过水流测速计监测水流是否达到试验工况；再改变推进翼的横流风机转速来测量不同转速下推进翼的水动力性能，通过六分量天平测量水动力。
13、本专利技术的有益效果是：
14、(1)本专利技术采用模块式水墙为动力系统，能够提供速度分布均匀的水流，有效解决了现有水洞系统提供水流不够稳定的问题，提高了试验的可靠性。
15、(2)本专利技术降低单个动力模块功率需求，便于控制动力系统的运行状态，降低维护成本，提高试验的安全性。
16、(3)模块化水墙提供的水流速度分布均匀，无需复杂的整流结构即可保证水流的稳定性，降低了水洞系统的复杂程度，节约水洞系统的综合建造成本。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种测量水下推进器水动力及流场信息的水洞装置，其特征在于，包括水洞框架，所述水洞框架基于内部环形壁板围成立式回形洞体主流道，所述主流道同一侧分布有模块化水墙，以提供集中动力，所述主流道另一侧分布有水下推进器，以测量推进器的水动力性能；所述主流道的拐角处设有金属导流片，以进行整流，所述主流道内还设有水流测速计，以对主流道内的水流进行速度监测；
2.根据权利要求1所述的水洞装置，其特征在于，所述水洞框架包括开放式的水洞外壳、起支撑作用的水洞外部框架以及可拆卸的内部环形壁板，其中，所述水洞外壳采用透明亚克力板，所述水洞外部框架采用铝型材，所述内部环形壁板底部设有限位器，当主流道水灌满时限制其移动。
3.根据权利要求1所述的水洞装置，其特征在于，所述模块化水墙具有一定厚度，水墙内置若干水下涵道螺旋桨，该水下涵道螺旋桨的尾流在主流道的截面形成分布均匀的水流，所述模块化水墙间隔竖直分布，以在水洞截面各个位置同时驱动水流；相邻所述水墙之间间隔一段距离，使得水流能够充分发展，水墙内每一个螺旋桨模块都由单独的电机驱动，通过控制模块控制电机转速进而控制螺旋桨产生的水流速度
4.根据权利要求1至3任意一项所述的水洞装置，其特征在于，所述推进器通过安装架与水洞框架连接，所述安装架包括姿态调整架和U型固定支撑架，所述推进器通过姿态调整架与六分量天平连接，通过姿态调整架来改变迎角，所述六分量天平通过U型固定支撑架与水洞框架连接。
5.根据权利要求4所述的水洞装置，其特征在于，所述推进器为推进翼，所述推进翼两端为机翼端板，中间为机翼主体，机翼端板和机翼主体通过支撑翼梁连接；机翼端板翼型为沿翼展宽度方向从基底延伸到尖端，所述横流风机设于机翼端板的后缘，并在横流风机的出风口处加装导流板，所述横流风机连接电机并能够独立控制转速。
6.根据权利要求4所述的水洞装置，其特征在于，所述U型固定支撑架的两臂上设有连接板，通过连接板与水洞框架固定连接，U型固定支撑架和连接板上设有若干螺栓孔，通过改变螺栓孔位来改变推进器竖直方向的位置。
7.根据权利要求1所述的水洞装置，其特征在于，所述水流测速计通过所述测速计支撑架与所述水洞框架固定连接，所述测速计支撑架包括U型固定支撑架和连接板，所述测速计安装于所述U型固定支撑架上，通过U型固定支撑架两端的连接板与水洞框架固定连接。
8.根据权利要求1或7所述的水洞装置，其特征在于，所述水流测速计水流测速计安装在推进翼上游一定距离处，以监测来流速度；所述六分量天平安装于推进翼姿态调整支架和U型固定支撑架之间，以直接测量推进翼的水动力参数。
9.根据权利要求1所述的水洞装置，其特征在于，所述金属导流片包括若干片圆弧形金属片，其尺寸大小一致，截面为四分之一圆弧；所述导流片在主流道拐角段中从内到外等间距分布，导流片截面圆弧与相邻水洞流道相切，使得水流在拐角段顺利过渡。
10.一种测量水下推进器水动力及流场信息的水洞装置的工作方法，其特征在于，基于如权利要求1-9任意一项所述的水洞装置，通过姿态调整支架来调整推进翼的迎角，设置试验工况；然后往水洞内注入适量的水，通过水墙动力模块来驱动水流，通过水流测速计监测水流是否达到试验工况；再改变推进翼的横流风机转速来测量不同转速下推进翼的水动力性能，通过六分量天平测量水动力。
...【技术特征摘要】
1.一种测量水下推进器水动力及流场信息的水洞装置，其特征在于，包括水洞框架，所述水洞框架基于内部环形壁板围成立式回形洞体主流道，所述主流道同一侧分布有模块化水墙，以提供集中动力，所述主流道另一侧分布有水下推进器，以测量推进器的水动力性能；所述主流道的拐角处设有金属导流片，以进行整流，所述主流道内还设有水流测速计，以对主流道内的水流进行速度监测；
2.根据权利要求1所述的水洞装置，其特征在于，所述水洞框架包括开放式的水洞外壳、起支撑作用的水洞外部框架以及可拆卸的内部环形壁板，其中，所述水洞外壳采用透明亚克力板，所述水洞外部框架采用铝型材，所述内部环形壁板底部设有限位器，当主流道水灌满时限制其移动。
3.根据权利要求1所述的水洞装置，其特征在于，所述模块化水墙具有一定厚度，水墙内置若干水下涵道螺旋桨，该水下涵道螺旋桨的尾流在主流道的截面形成分布均匀的水流，所述模块化水墙间隔竖直分布，以在水洞截面各个位置同时驱动水流；相邻所述水墙之间间隔一段距离，使得水流能够充分发展，水墙内每一个螺旋桨模块都由单独的电机驱动，通过控制模块控制电机转速进而控制螺旋桨产生的水流速度。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的水洞装置，其特征在于，所述推进器通过安装架与水洞框架连接，所述安装架包括姿态调整架和u型固定支撑架，所述推进器通过姿态调整架与六分量天平连接，通过姿态调整架来改变迎角，所述六分量天平通过u型固定支撑架与水洞框架连接。
5.根据权利要求4所述的水洞装置，其特征在于，所述推进器为推进翼，所述推进翼两端为机翼端板，中间为机翼主体，机翼端板和机翼主体通过支撑翼梁连接；机翼端板翼...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆嘉鑫，杨舒涵，付果果，常逸超，张镕皓，伊睿桓，陆洋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。