一種圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置的製作方法
2023-09-16 13:09:00 1
專利名稱：一種圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，用於測量不同流速時圓形截面試樣壁面的流體摩擦阻力，屬於流體動力學測試技術領域。
背景技術：
水下航行體在水中行進時的主要能耗是用來克服行進阻力，因此進行阻力分析和減少阻力，對於節約能源、改善工作狀況、提高工作效能具有重要意義。水下航行體行進阻力主要由摩擦阻力和壓差阻力組成，其中摩擦阻力佔總阻力的絕大部分，尤其是流線型的水下航行體，因此進行摩擦阻力的分析和測量是進行阻力分析的關鍵。
目前，流體對圓形截面物體的作用力主要是以各種測力天平為基礎的測力裝置完成的，其測得的力都是總阻力。由於組成總阻力的摩擦阻力和壓差阻力產生的原因是不同的，降低它們所採用的技術途徑必然不同，故實際分析時需要分別測量摩擦阻力和壓差阻力的大小，因此傳統的測量圓形截面物體的總阻力的測量裝置已不能適應新的技術發展需求。
發明內容
本發明的目的就是提出一種圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，改變已有流體阻力測試裝置中測量總阻力的狀況，使壁面流體摩擦阻力的測量成為現實。該裝置原理簡單，操作方便，測試可靠。
本發明的技術方案如下一種圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，其特徵在於該裝置含有模型支撐單元和阻力測量單元，所述的模型支撐單元包括流線形模型頭、支撐杆、固定架、設置在支撐杆上用於支撐試樣的前滑動支撐環和後滑動支撐環和流線形模型尾，所述的模型頭與支撐杆的前端部採用可拆卸的固定連接，所述的支撐杆的後端部通過錐面與固定架連接；所述的阻力測量單元包括傳感器、傳感器支撐套、傳感器底座、徑向傳力銷、軸向傳力銷和傳力環，所述的傳力環設置在支撐杆上的錐面前端，並與後滑動支撐環相接觸；所述的徑向傳力銷穿過支撐杆內部，並與傳力環緊配合；所述的軸向傳力銷安裝在支撐杆後部的中心孔內，軸向傳力銷的前端面同徑向傳力銷的中間相接觸，後端面同傳感器的觸點相接觸；所述的傳感器設置在傳感器支撐套內，並與軸向傳力銷的後端面相接觸，傳感器支撐套與支撐杆錐面的尾端固定連接；所述的傳感器底座後端設置在模型尾內，傳感器底座前後部分別與傳感器支撐套和模型尾固定連接。
本發明所述的固定架由外固定部分、支撐筋和內固定部分構成，所述的支撐筋的橫斷面為翼形截面。所述的流線形模型頭與支撐杆的連接採用螺紋連接。所述的流線形模型頭和流線形模型尾根據需要更換為不同的形狀和尺寸。
本發明的技術特徵還在於在支撐杆的錐面上加工有信號線的走線槽，在固定架的支撐筋上加工有走線孔。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果1)該裝置可以直接測量不同工況下流體對圓形截面試樣壁面的流體摩擦阻力；2)試樣為圓筒形，結構簡單，易加工，拆裝方便；3)該裝置不僅可以方便地與管道連接，進行壓力流(液體流動，試樣靜止)實驗；同時亦可方便地與拖車等連接，進行體積流(液體靜止，試樣運動)實驗；4)圓形截面試樣的頭部和尾部可根據不同實驗的需求製作成所需的形狀和大小，因此有利於開展不同頭部和尾部對摩擦阻力的影響分析；5)測力元件位於流體內部，信號線通過槽、孔引出，既減少了力傳遞過程中可能的誤差，又減小了對流場的影響；6)更換為其他流體後，即可研究不同流體對圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力的影響；7)尾部支撐的方式減少了支撐對測試流場的影響。
圖1為本發明提供的圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置實施例的結構及其在管道中的安裝示意圖。
圖2是圖1中的A-A剖面示意圖。
圖3是圖1中的B-B剖面示意圖。
圖中1-模型頭，2-前滑動支撐環，3-試樣，4-後滑動支撐環，5-傳力環，6-徑向傳力銷，7-軸向傳力銷，8-穿線孔，9-走線槽，10-傳感器支撐套，11-傳感器底座，12-模型尾，13-傳感器，14-固定架，15-主管道，16-支撐杆。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的結構、原理和工作過程作進一步的說明。
本發明提出的一種圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置主要包括模型支撐單元和阻力測量單元。模型支撐單元包括流線形模型頭1、支撐杆16、固定架14、設置在支撐杆16上用於支撐試樣3的前滑動支撐環2和後滑動支撐環4，以及流線形模型尾12，所述的模型頭1與支撐杆16的前端部採用可拆卸的固定連接，諸如螺紋或者卡扣連接等，模型頭1可根據實驗要求設計成不同的形狀和尺寸，從而形成所需要的宏觀流場。前滑動支撐環2與支撐杆16前部的光滑圓柱段滑動配合，其作用就是支撐試樣3的前端，且使試樣在軸向無約束。後滑動支撐環4內徑與支撐杆16後部的光滑圓柱段滑動配合，其作用就是支撐試樣3的後端，且使試樣3在軸向無約束。傳感器底座11後部設置在模型尾12內，模型尾12通過內螺紋或卡扣與傳感器底座11後部的螺杆緊固連接，前部與傳感器支撐套10固定連接。模型尾亦可根據實驗的需要設計成不同的形狀，從而形成需要的宏觀流場。固定架14由外固定部分、支撐筋和內固定部分構成，外固定部分與主管道15相連接，內固定部分通過錐面孔同支撐杆16後端錐面緊固配合，支撐筋橫斷面為翼形截面，其作用是將支撐杆16固定在相應的軸線上，其翼形截面可減少對水流的幹擾。通過調整固定架14外固定部分的安裝角度來調整試樣3測量時的攻角。支撐杆16前端與模型頭1可拆卸固定連接，前部光滑圓柱段部分同前滑動支撐環2配合，後部光滑圓柱段部分同後滑動支撐環4配合，後部錐形部分同固定架14配合，並通過螺紋同傳感器支撐套10緊固，尾部錐面前端有一徑向孔，尾部軸心處有一軸向中心孔。支撐杆16的作用是成為模型頭1以及阻力測量單元的安裝基礎，並通過前滑動支撐環2和後滑動支撐環4支撐試樣3。試樣3為圓筒狀，其內孔的前部同前滑動支撐環2外徑配合，後部同後滑動支撐環4的外徑配合，後端面同安裝有徑向傳力銷6的傳力環5前端面接觸，其作用是在外表面形成摩擦阻力，並將力通過後端面傳遞到傳力環5的前端面上。
阻力測量單元包括試樣3、傳力環5、徑向傳力銷6、軸向傳力銷7、傳感器支撐套10、傳感器底座11和傳感器13。傳力環5設置在支撐杆16上的錐面前端，其前端面與後滑動支撐環4的後端面相接觸，其後端面不與任何物體相接觸。徑向傳力銷6固定在傳力環5中間的直徑方向上，並安裝在支撐杆16上的徑向孔中，形成間隙配合，徑向傳力銷6的中間部分同軸向傳力銷7的前端面相接觸，傳力環5的內徑面同支撐杆16的外徑面形成間隙配合。徑向傳力銷6的作用是將試樣3因流體產生的摩擦阻力由傳力環5的前端面傳遞給軸向傳力銷7。軸向傳力銷7安裝在支撐杆16後部的中心孔內，其前端面同徑向傳力銷6的中間相接觸，其後端面同傳感器13的觸點相接觸。傳感器支撐套10前端通過內螺紋同支撐杆16尾端螺杆相連接，其前端面同固定架14的後端面緊密接觸，其內徑柱面同傳感器13的外徑間隙配合，傳感器支撐套10的作用是將支撐杆16牢固地固定在固定架14上，同時支撐傳感器13。傳感器底座11通過螺釘緊固在傳感器支撐套10的後端面上，其作用為阻止傳感器13向後方向的移動，並連接模型尾12。傳感器13安裝在傳感器支撐套10內，其電源線(圖中未示出)和信號線(圖中未示出)通過支撐杆16後部的走線槽9和固定架14支撐筋上的穿線孔8引出流場外。
該裝置不僅可以方便地與管道連接，進行壓力流(液體流動，試樣靜止)實驗；同時亦可方便地與拖車等連接，進行體積流(液體靜止，試樣運動)實驗。
當需要更換試樣時，可以按照如下流程進行操作①卸下支撐杆16上的模型頭1；②取出試樣3，拆下前滑動支撐環2和後滑動支撐環4；③取出待測試樣3，並在其前端和後端分別安裝上前滑動支撐環2和後滑動支撐環4；④將試樣3安裝到主管道15內部的支撐杆16上；⑤裝上模型頭1。
權利要求
1.一種圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，其特徵在於該裝置含有模型支撐單元和阻力測量單元，所述的模型支撐單元包括流線形模型頭(1)、支撐杆(16)、固定架(14)、設置在支撐杆(16)上用於支撐試樣(3)的前滑動支撐環(2)和後滑動支撐環(4)，以及流線形模型尾(12)，所述的模型頭(1)與支撐杆(16)的前端部採用可拆卸的固定連接，所述的支撐杆(16)的後端部通過錐面與固定架(14)連接；所述的阻力測量單元包括傳感器(13)、傳感器支撐套(10)、傳感器底座(11)、徑向傳力銷(6)、軸向傳力銷(7)和傳力環(5)，所述的傳力環(5)設置在支撐杆(16)上的錐面前端，並與後滑動支撐環(4)相接觸；所述的徑向傳力銷(6)穿過支撐杆(16)內部，並與傳力環(5)緊配合；所述的軸向傳力銷(7)安裝在支撐杆後部的中心孔內，軸向傳力銷的前端面同徑向傳力銷(6)的中間相接觸，後端面同傳感器(13)的觸點相接觸；所述的傳感器(13)設置在傳感器支撐套(10)內，傳感器支撐套(10)與支撐杆(16)錐面的尾端固定連接；所述的傳感器底座(11)後部設置在模型尾(12)內，傳感器底座前後部分別與傳感器支撐套(10)和模型尾(12)固定連接。
2.按照權利要求1所述的圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，其特徵在於所述的固定架(14)由外固定部分、支撐筋和內固定部分構成，所述的支撐筋的橫截面採用翼形截面。
3.按照權利要求1或2所述的圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，其特徵在於所述的流線形模型頭(1)與支撐杆(16)的連接採用螺紋連接。
4.按照權利要求1或2所述的圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，其特徵在於所述的流線形模型頭(1)和流線形模型尾(12)根據需要更換為不同的形狀和尺寸。
5.按照權利要求2所述的圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，其特徵在於在支撐杆(16)的錐面上加工有信號線的走線槽(9)，在固定架的支撐筋上加工有走線孔(8)。
全文摘要
一種圓形截面試樣壁面流體摩擦阻力測量裝置，用於測量不同流速時圓形截面試樣壁面的流體摩擦阻力，屬於流體動力學測試技術領域。其主要包括模型支撐單元和阻力測量單元模型支撐單元包括模型頭、前滑動支撐環、後滑動支撐環、模型尾、固定架和支撐杆；阻力測量單元包括傳力環、徑向傳力銷、軸向傳力銷、傳感器支撐套、傳感器底座和傳感器。被測試樣為圓筒形，模型頭和模型尾可製作成所需的形狀和大小，試樣攻角可調，傳感器位於流道內部，信號線通過孔引出。該裝置可以直接測量不同工況下不同性質流體對圓筒形試樣壁面的流體摩擦阻力，可廣泛應用於管道輸送、水面及水下航行體等場合壁面摩擦阻力的研究。
文檔編號G01M10/00GK101050995SQ20071009937
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月18日 優先權日2007年5月18日
發明者汪家道, 周剛, 邵天敏, 李昂, 陳大融 申請人:清華大學