專利名稱：評估仿生非光滑表面及仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠測試流體對不同表面結(jié)構(gòu)摩擦阻力的試驗(yàn)裝置，尤其適用于對非光滑表面結(jié)構(gòu)減阻效果測試和表面涂層減阻效果測試，以及對仿生射流表面減阻效果測試。
背景技術(shù)：
當(dāng)前針對流體摩擦阻力測試的試驗(yàn)裝置主要有水洞、水池以及拖曳等試驗(yàn)裝置。 試驗(yàn)方法作為研究流體減阻的重要手段，對推進(jìn)流體減阻理論的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用，流體的很多重要的現(xiàn)象都是首先在試驗(yàn)條件下得到的。隨著減阻技術(shù)的快速發(fā)展，如何設(shè)計一個能夠評估流體對不同表面結(jié)構(gòu)摩擦阻力的試驗(yàn)裝置顯得尤為重要。在傳統(tǒng)的流體動力學(xué)研究中主要采用水洞試驗(yàn)裝置，但其體積大、造價高、操作繁瑣、試驗(yàn)條件控制困難、 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛷?fù)雜。我國現(xiàn)有水池數(shù)量有限，建設(shè)設(shè)備齊全的水池費(fèi)用昂貴，日常維護(hù)難度大， 試驗(yàn)成本高，一般只針對與國家某些大型試驗(yàn)進(jìn)行研究，無法廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的小型流體力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，可以完成對管路沿程損失試驗(yàn)、局部損失試驗(yàn)、雷諾試驗(yàn)、伯努利方程試驗(yàn)、以及文丘里流量計標(biāo)定等，但大都只針對于試驗(yàn)教學(xué)，無法對流體減阻進(jìn)行評估，大大限制了試驗(yàn)裝置的測試應(yīng)用領(lǐng)域，同時無法進(jìn)行射流表面減阻試驗(yàn)?，F(xiàn)有拖曳試驗(yàn)裝置，試驗(yàn)速度范圍小，只局限于水池實(shí)驗(yàn)，受水池長度限制，試驗(yàn)費(fèi)用較高。如何用簡單、適用、可靠的試驗(yàn)裝置，評估不同表面結(jié)構(gòu)的減阻效果，為工程實(shí)踐提供可靠的依據(jù)，仍然存在諸多問題。 因此，研究、制造一種先進(jìn)的能夠?qū)α黧w摩擦阻力進(jìn)行測試的試驗(yàn)裝置是一項(xiàng)十分重要的任務(wù)。本發(fā)明的目的就是為解決在能夠?qū)崿F(xiàn)對非光滑表面結(jié)構(gòu)減阻效果進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)對射流表面結(jié)構(gòu)減阻效果進(jìn)行評估。對于試驗(yàn)樣件表面可以加工不同脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，如凹坑結(jié)構(gòu)、凸起結(jié)構(gòu)、V型結(jié)構(gòu)等；加工出不同孔徑形狀、孔徑大小、排布方式、傾斜角度的射流孔結(jié)構(gòu)；或在試驗(yàn)樣件表面涂覆涂層。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)裝置在不同試驗(yàn)樣件情況下的流體摩擦阻力值，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，得到不同表面結(jié)構(gòu)的減阻效果，研究非光滑表面結(jié)構(gòu)和射流表面結(jié)構(gòu)的減阻特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)對非光滑表面結(jié)構(gòu)減阻效果測試、表面涂覆涂層減阻效果測試及射流表面減阻效果測試，結(jié)構(gòu)簡單、操作容易、測試準(zhǔn)確的評估仿生非光滑表面及仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括密封軸，安裝在密封軸一端的動力輸入及信號輸出機(jī)構(gòu)，安裝在密封軸另一端的傳感器機(jī)構(gòu)，包圍著傳感器機(jī)構(gòu)的密封倉以及配水機(jī)構(gòu)；所述傳感器機(jī)構(gòu)包括傳感器內(nèi)殼、傳感器外殼、撥桿支架、撥桿、應(yīng)變片，傳感器內(nèi)殼安裝在密封軸上，傳感器外殼套在傳感器內(nèi)殼外且二者之間可以相對轉(zhuǎn)動，撥桿支架套在傳感器內(nèi)殼上，應(yīng)變片粘貼在撥桿上，撥桿的一端位于撥桿支架相應(yīng)槽內(nèi)、另一端端位于傳感器外殼的槽內(nèi)，撥桿支架上固定有擋板，傳感器后密封端蓋聯(lián)接在傳感器外殼上；所述密封倉由密封倉前端蓋、密封倉后端蓋和密封倉體連接構(gòu)成，密封倉前端蓋裝配在密封軸上，密封倉后端蓋與配水機(jī)構(gòu)相連；傳感器外殼上固定頂端支架，頂端支架上固定有傳感器前密封端蓋及射流密封件，試驗(yàn)樣件安裝于頂端支架與射流密封件之間。在動力輸入及信號輸出機(jī)構(gòu)與密封倉之間的密封軸上、傳感器前密封端蓋與密封軸之間以及射流密封件與密封軸之間設(shè)置有軸向密封機(jī)構(gòu)，所述軸向密封機(jī)構(gòu)包括永久磁鐵、與永久磁鐵相配合的兩塊極板，兩塊極板結(jié)構(gòu)尺寸相同，每塊極板內(nèi)壁或外壁上有齒槽，每個極板鉆有徑向孔，所述徑向孔處設(shè)置絲堵封堵。本發(fā)明能夠達(dá)到在能夠?qū)崿F(xiàn)對非光滑表面結(jié)構(gòu)減阻效果進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)對射流表面結(jié)構(gòu)減阻效果進(jìn)行評估的目的。對于試驗(yàn)樣件表面可以加工不同脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，如凹坑結(jié)構(gòu)、凸起結(jié)構(gòu)、V型結(jié)構(gòu)等；加工出不同孔徑形狀、孔徑大小、排布方式、傾斜角度的射流孔結(jié)構(gòu)；或在試驗(yàn)樣件表面涂覆涂層。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)裝置在不同試驗(yàn)樣件情況下的流體摩擦阻力值，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，得到不同表面結(jié)構(gòu)的減阻效果，研究非光滑表面結(jié)構(gòu)和射流表面結(jié)構(gòu)的減阻特性。本發(fā)明主要由動力輸入及信號輸出環(huán)節(jié)、軸向密封環(huán)節(jié)、傳感器環(huán)節(jié)、配水環(huán)節(jié)四部分組成。動力輸入及信號輸出環(huán)節(jié)與軸向密封環(huán)節(jié)依次安裝在密封軸一端，動力輸入及信號輸出環(huán)節(jié)通過密封體端蓋固聯(lián)；傳感器環(huán)節(jié)安裝在密封軸另一端，并與密封軸端固聯(lián)； 配水環(huán)節(jié)通過密封倉右端蓋固聯(lián)。試驗(yàn)過程中通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對試驗(yàn)裝置中數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲。電機(jī)通過變頻器進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。在密封軸旋轉(zhuǎn)過程中撥桿起到對試驗(yàn)樣件撥動作用，將應(yīng)變片粘附于撥桿表面之上，通過應(yīng)變片反應(yīng)出的撥桿應(yīng)變情況，繼而反應(yīng)出流體對試驗(yàn)樣件摩擦阻力信號值。在應(yīng)變片上引出排線，經(jīng)由密封軸空心腔，將排線引入密封軸另一軸端，與滑環(huán)相連接，通過滑環(huán)將旋轉(zhuǎn)排線輸入電信號轉(zhuǎn)換為固定排線電信號，并將信號通過信號放大濾波， 依次傳送至采集卡、計算機(jī)中，通過LabVIEW軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取并存儲。在軟件界面中可以讀取系統(tǒng)中流體對試驗(yàn)樣件摩擦阻力瞬時值及摩擦阻力隨時間變化曲線圖，以及電機(jī)輸入的轉(zhuǎn)速變化瞬時值及轉(zhuǎn)速隨時間變化曲線圖?；剞D(zhuǎn)動密封處采用磁流體密封。圓環(huán)形永久磁鐵(N-幻，極板和旋轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的磁性回路，在磁鐵產(chǎn)生的磁場作用下，把放置在軸與極板頂端縫隙間的磁流體加以集中，使其形成一個的“0”形環(huán)，將縫隙通道堵死達(dá)到密封的目的。磁流體密封具有的無固體摩擦、無機(jī)械損失、能耗小、壽命長等特性，因此動密封處在達(dá)到最佳密封效果的同時，對系統(tǒng)測試結(jié)果無明顯干擾。密封殼體及密封殼體端蓋采用非導(dǎo)磁材料鋁合金制成，其內(nèi)孔與兩塊極板過渡配合。對于磁流體密封裝置，軸與極板齒槽間隙中的磁性流體填充方法經(jīng)過多次各種方式的填充試驗(yàn)確定該工藝較為可靠，填充質(zhì)量穩(wěn)定、效果良好。采用自制傳感器來量化流體對試驗(yàn)樣件表面的摩擦阻力大小。傳感器與密封軸相聯(lián)接部分緊密聯(lián)接，與軸一同旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)中，帶動撥桿一起旋轉(zhuǎn)，撥桿撥動傳感器頂端支架部分，而試驗(yàn)樣件即聯(lián)接于頂端支架部分之上，在撥桿帶動頂端支架部分一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時， 由于流體對試驗(yàn)樣件表面摩擦阻力勢必使自身產(chǎn)生彎曲變形，粘附于撥桿表面上的應(yīng)變片將撥桿受力彎曲變形信號傳人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)樣件表面摩擦阻力數(shù)據(jù)的采集。射流試驗(yàn)時，試驗(yàn)裝置通過射流供給系統(tǒng)向試驗(yàn)樣件內(nèi)腔體內(nèi)注入流體，使其達(dá)到射流目的。射流供給系統(tǒng)中動密封處在滿足密封效果的同時，為避免接觸式密封對試驗(yàn)產(chǎn)生干擾，而采用非接觸式的磁流體密封裝置。射流過程中，流體通過自吸入方式，使水槽中流體經(jīng)由射流進(jìn)水管流入射流入口管路，進(jìn)而流入傳感器射流存水腔與試驗(yàn)樣件內(nèi)腔中。在密封軸帶動傳感器旋轉(zhuǎn)過程中，試驗(yàn)樣件內(nèi)腔中流體在離心力作用下，內(nèi)腔壓強(qiáng)大于密封倉內(nèi)壓強(qiáng)，根據(jù)伯努利方程可知，流體通過試驗(yàn)樣件射流孔向密封倉內(nèi)進(jìn)行噴射。由于密封倉內(nèi)為常壓狀態(tài)，多余的流體通過射流出水管路流入水槽中，形成流體循環(huán)往復(fù)利用。不采用電機(jī)與軸同軸布置用聯(lián)軸器聯(lián)接的驅(qū)動方式，采取旁置交流電機(jī)，變頻器調(diào)速，通過一級帶傳動拖動密封軸可正、倒車旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動方式。這種方式避免采用聯(lián)軸器聯(lián)接時在高速旋轉(zhuǎn)過程中聯(lián)軸器慣性對系統(tǒng)產(chǎn)生振動，而影響試驗(yàn)效果。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對非光滑表面結(jié)構(gòu)減阻效果測試、表面涂覆涂層減阻效果測試及射流表面減阻效果測試，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，測試準(zhǔn)確；試驗(yàn)樣件表面可根據(jù)需要加工出不同的非光滑表面結(jié)構(gòu)(如V型、U型、凹坑或涂覆表面涂層等)， 或開有不同孔徑、不同射流角度、不同數(shù)量、不同排布方式的射流口 ；對表面結(jié)構(gòu)耦合情況減阻效果進(jìn)行評估，如在排布有凹坑的試驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻嫱瑫r再開有射流孔，評估二者耦合減阻特性；本試驗(yàn)為對照試驗(yàn)，當(dāng)某種情況試驗(yàn)樣件試驗(yàn)完成后，只需更該試驗(yàn)樣件即可，更換過程簡單、操作容易、節(jié)約時間、降低使用成本；在回轉(zhuǎn)動密封處采用磁流體密封，其壽命長、無磨損、從低速到高速、低壓到高壓、室溫到高位、均能滿足設(shè)備的要求，具有極佳的工作可靠性；射流試驗(yàn)時，射流配水環(huán)節(jié)中的流體有兩種供給方式一是通過傳感器頂端支架與試驗(yàn)樣件所構(gòu)成腔體中流體靠自身在旋轉(zhuǎn)過程中離心力的作用將射流配水環(huán)節(jié)中的流體吸入腔體內(nèi)，由于內(nèi)腔壓強(qiáng)大于外腔體壓強(qiáng)，內(nèi)腔體中流體通過試驗(yàn)樣件表面射流口向外噴射，達(dá)到射流目的，而不需要外界提供進(jìn)水壓力；二是當(dāng)射流孔射流速度需要達(dá)到較高速度情況，可以在射流入口管路安裝加壓裝置達(dá)到高速射流目的。


圖1 是傳感器裝置剖視 圖2:是圖1的A-A截面 圖3:是圖IWB-B截面 圖4 是磁流體密封處剖視圖； 圖5:是圖4極板結(jié)構(gòu)尺寸圖； 圖6 是輸出軸端處剖視圖；
圖7 是輸入軸端處剖視圖； 圖8:是圖7的A-A截面圖； 圖9 是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖； 圖10 是射流供給系統(tǒng)剖視圖； 圖Ila 是開有V型溝槽的試驗(yàn)樣件結(jié)構(gòu)圖； 圖lib:是圖Ila的A-A截面圖； 圖12a 是開有射流孔的試驗(yàn)樣件結(jié)構(gòu)圖； 圖8:是圖7的A-A截面 圖9 是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖； 圖10 是射流供給系統(tǒng)剖視圖； 圖Ila 是開有V型溝槽的試驗(yàn)樣件結(jié)構(gòu) 圖lib:是圖Ila的A-A截面圖； 圖12a 是開有射流孔的試驗(yàn)樣件結(jié)構(gòu)圖12b 是圖12a的A-A截面圖；圖13a 是圖12b的B-B截面圖；圖13b 是圖12b的C-C截面圖；圖14 是試驗(yàn)裝置整體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施過程。圖中1.傳感器外殼、2.密封墊片、3.沉頭螺釘、4.撥桿、5.應(yīng)變片、6.沉頭螺釘、 7.軸承端蓋、8.撥桿支架、9.擋板、10.密封端蓋、11.沉頭螺釘、12.傳感器內(nèi)殼、13.軸承、 14.排線、15水槽、16.密封墊片、17.沉頭螺釘、18.軸承端蓋、19.密封端蓋、20.射流入口管路、21.密封墊片、22.軸承、23.密封墊片、24.防水軸承、25.永久磁鐵(N-S)、26.極板、 27.沉頭螺釘、28.密封倉右端蓋、29.射流密封件、30.沉頭螺釘、31.試驗(yàn)樣件、32.螺栓、 33.密封墊片、34.密封倉、35.軸用彈性擋圈、36.密封軸、37.密封體端蓋、38.孔用彈性擋圈、39.軸用彈性擋圈、40.軸承、41.密封墊片、42.永久磁鐵(N-S)、43.極板、44.密封殼體、45.密封墊片、46.防水軸承、47.密封倉左端蓋、48.滑環(huán)支架、49.皮帶、50.軸上皮帶輪、51.螺釘、52.滑環(huán)、53.滑環(huán)定位螺釘、54.軸上皮帶輪定位螺釘、55.電機(jī)軸上皮帶輪、 56.電機(jī)軸上皮帶輪定位螺釘、57.電機(jī)、58.頂端支架、59.沉頭螺釘、60.密封墊片、61.密封端蓋、62.鍵。結(jié)合圖14，本發(fā)明主要由動力輸入及信號輸出機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)I、軸向密封環(huán)節(jié)II、傳感器環(huán)節(jié)III、配水環(huán)節(jié)IV四部分組成。動力輸入及信號輸出環(huán)節(jié)I與軸向密封環(huán)節(jié)II依次安裝在密封軸一端，動力輸入及信號輸出環(huán)節(jié)I通過密封體端蓋固聯(lián)；傳感器環(huán)節(jié)III安裝在密封軸另一端，并與密封軸端固聯(lián)；配水環(huán)節(jié)IV通過密封倉右端蓋固聯(lián)。傳感器處結(jié)構(gòu)安裝好后為一整體部件結(jié)構(gòu)。將軸承13安裝在傳感器內(nèi)殼12對應(yīng)位置，將傳感器外殼1與軸承13外圈相配合，從左端裝入，在軸承13右側(cè)通過軸承端蓋7 對傳感器外殼1進(jìn)行定位。撥桿支架8套在傳感器內(nèi)殼12上，應(yīng)變片5粘貼在撥桿4上， 將排線14梳理好。把安裝好的撥桿部件放入撥桿支架8相應(yīng)槽內(nèi)，上端放入傳感器外殼1 槽內(nèi)，通過沉頭螺釘11將擋板9緊密聯(lián)接在撥桿支架8上，達(dá)到對撥桿4和撥桿支架8的軸向定位。密封端蓋10在通過沉頭螺釘3緊密聯(lián)接在傳感器外殼1上，為了保證二者之間密封效果，在二者之間加入密封墊片2。如圖1、圖3所示。將排線14放置在擋板9端面開有槽中，用膠進(jìn)行粘貼，目的防止傳感器高速轉(zhuǎn)動中排線14發(fā)生纏繞，如圖2所示。將永久磁鐵42與相配合的兩塊極板43吸合后，將密封軸36裝入，密封軸36左端用非導(dǎo)磁的尼龍軸向定位，并將磁環(huán)組合體壓緊，保證密封軸36與永久磁鐵42及極板 43不發(fā)生軸向位移。兩塊極板結(jié)構(gòu)尺寸相同，均為Φ70πιπιΧ (j5 31mmXL18mm，每塊極板內(nèi)孔有6級齒槽。為了便于磁流體的填充，采用徑向注入式，在每個極板距端面的第三道齒槽處鉆有的Φ2πιπι徑向孔，靠近外徑擴(kuò)為M5的螺紋孔，可用M5絲堵封堵，如圖5所示。在極板 (43)兩側(cè)裝入密封墊片41、45。將磁流體吸入注射器內(nèi)，分別通過徑向孔向每塊極板內(nèi)注入磁性流體，當(dāng)每塊極板磁性流體填充量飽和時，會從徑向孔向外溢出磁性流體，這時停止注射，抽出注射器，分別用絲堵封堵各徑向孔。最后再將軸系組合裝入密封殼體44中。在密封軸36右端安裝上防水軸承46后，將密封殼體44通過螺栓連接在密封倉左端蓋47上，二者之間采用0型密封圈進(jìn)行密封。將軸承40安裝到密封體端蓋37之上，通過孔用彈性擋圈38對軸承內(nèi)圈進(jìn)行定位，將密封體端蓋聯(lián)接體通過螺栓聯(lián)接到密封殼體44上，再將軸用彈性擋圈39將軸承內(nèi)圈進(jìn)行軸向定位，如圖4所示。在傳感器安裝在密封軸36之前，按照以上磁流體密封處相同安裝方法，將磁流體密封處的部件安裝到密封軸36相應(yīng)位置。頂端支架58通過沉頭螺釘安裝在傳感器外殼1 上，二者之間放置密封墊片。傳感器與密封軸36通過鍵62進(jìn)行周向定位，軸向通過擋板9 進(jìn)行定位，擋板9通過沉頭螺釘將其與軸端緊密聯(lián)接。傳感器定位后，通過沉頭螺釘59將密封端蓋61緊密聯(lián)接在頂端支架58上，二者之間放置密封墊片60，如圖6所示在裝配射流供給系統(tǒng)時，首先按照上述磁流體密封處安裝方法，將磁流體密封處部件安裝到射流密封件四之上，將軸承22與射流入水管路20極裝配好后，將磁流體密封部分套在射流入水管路20上，極板兩側(cè)放置密封墊片，左側(cè)極板通過軸用彈性擋圈對其定位，軸承22外圈與射流密封件四過渡配合。其次將試驗(yàn)樣件31安裝在傳感器頂端支架58 上，右側(cè)端面通過沉頭螺釘30將裝配好的射流密封件部分緊密連接在頂端支架58上，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)樣件31的定位。防水軸承M安裝到射流密封件四上后，將密封倉右端蓋28端面放置密封墊片33后，通過螺栓32緊密聯(lián)接在密封倉34之上。軸承端蓋18通過沉頭螺釘 17安裝到密封倉右端蓋觀上，實(shí)現(xiàn)對防水軸承M軸向定位。最后通過沉頭螺釘27將密封端蓋19緊密聯(lián)接在密封倉右端蓋觀上，并在密封端蓋19與密封倉右端蓋觀和射流入口管路20之間分別放置密封墊片16、密封墊片21，防止密封倉內(nèi)流體向外泄漏。射流入口管路20右端聯(lián)接射流進(jìn)水管一端，射流進(jìn)水管另一端放置在水槽15中。兩根射流出水管一端分別連接密封倉上下出水孔，另一端放置在水槽15之中。如圖10所示。其中射流出水管目的是在試驗(yàn)開始前，向密封倉34內(nèi)注入流體；在射流試驗(yàn)過程中，保持密封倉34壓力恒定，將多余流體排入水槽15 ；試驗(yàn)結(jié)束后，將密封倉34內(nèi)流體排出。同時可以在射流出水管及射流入水管上面分別安裝流量計，通過射流出水管流量計數(shù)據(jù)可以計算出射流孔射流流量大小，通過射流進(jìn)水管與射流出水管流量比較，可以對射流系統(tǒng)泄漏量進(jìn)行量化。皮帶輪50通過皮帶輪定位螺釘M將其在密封軸36上定位。將皮帶49套在皮帶輪50上，依次將滑環(huán)支架48安裝在密封體端蓋37上，滑環(huán)52通過螺釘51聯(lián)接到滑環(huán)支架48之上。旋轉(zhuǎn)密封軸36直到密封軸端孔徑與滑環(huán)孔徑相對齊后，通過滑環(huán)定位螺釘53 將二者周向定位。皮帶另一端聯(lián)接電機(jī)皮帶輪陽，電機(jī)皮帶輪55通過電機(jī)皮帶輪定位螺釘 56與電機(jī)57軸端進(jìn)行定位。如圖7、圖8所示。裝置的整體裝配關(guān)系如圖14所示。電機(jī)通過變頻器進(jìn)行速度控制，滑環(huán)靜態(tài)端排線聯(lián)接變送器對信號進(jìn)行放大濾波后，將信號傳送至采集卡，最后傳送到計算機(jī)中，通過LabVIEW軟件反應(yīng)出所測量值大小及波動圖，并將數(shù)據(jù)存入文檔，如圖9所示。當(dāng)做非光滑表面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時，將光滑表面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)樣件和所需的幾組非光滑表面結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)樣件分別放置傳感器頂端支架58上面進(jìn)行對照試驗(yàn)。按照裝配過程，將試驗(yàn)裝置一次安裝好，通過底端射流出水管對密封倉34內(nèi)注入流體，當(dāng)頂端射流出水管有穩(wěn)定流體流出時，說明密封倉；34內(nèi)已經(jīng)充滿流體，此時將兩只射流出水管封堵。試驗(yàn)過程中，通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)在幾組不同轉(zhuǎn)速情況下，將不同轉(zhuǎn)速下對應(yīng)下應(yīng)變片5所反映出的信號值，通過變送器對信號進(jìn)行放大濾波后將模擬信號輸送給采集卡，并由采集卡輸送至計算機(jī)，將相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲于計算機(jī)中。當(dāng)光滑表面結(jié)構(gòu)情況完成后，通過射流出水管將密封倉34 內(nèi)流體排空，取出光滑試驗(yàn)樣件。當(dāng)試驗(yàn)樣件為非光滑表面結(jié)構(gòu)時，如圖11所示，按照以上相同步驟進(jìn)行操作。試驗(yàn)過程中，依次調(diào)節(jié)變頻器使電機(jī)1在以上幾組轉(zhuǎn)速的檔次，將采集卡中數(shù)據(jù)采集出，依次存儲計算機(jī)中。當(dāng)幾組試驗(yàn)樣件情況依次完成后，對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行對照、分析、處理，得出結(jié)論。做非光滑表面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時，不需要對射流入口管路提供流體。試驗(yàn)樣件表面涂覆涂層試驗(yàn)操作過程同非光滑表面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)過程一致。
當(dāng)做射流試驗(yàn)時，將光滑表面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)樣件和所需的幾組射流表面結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)樣件分別放置傳感器頂端支架58上面進(jìn)行對照試驗(yàn)。在射流試驗(yàn)過程中，射流入口管路20 需要接上射流進(jìn)水管，并將射流進(jìn)水管另一端放入水槽15，在電機(jī)57啟動前，先將射流入口管路20內(nèi)腔，射流密封件四存水腔部分，試驗(yàn)樣件31與傳感器頂端支架58之間內(nèi)腔部分及密封倉34內(nèi)充滿流體。在電機(jī)1啟動后，通過變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)達(dá)到所需轉(zhuǎn)速，由于試驗(yàn)樣件表面開有射流孔，如圖12、圖13所示，試驗(yàn)樣件31與傳感器頂端支架58之間內(nèi)腔中流體在離心力的作用下，流體從射流孔向密封倉34內(nèi)射出，同時在離心力的作用下，射流密封件四腔體內(nèi)流體需不斷的從外界補(bǔ)充，故此，外界流體需從水槽15不斷得到補(bǔ)充。而密封倉34中由于射流原因，倉內(nèi)流體需要外溢，通過射流出水管將多余流體排出，保證密封倉34內(nèi)始終充滿流體，并且壓力為常壓狀態(tài)。圖10中，箭頭方向?yàn)榱黧w流動方向，流體從水槽中通過射流進(jìn)水管進(jìn)入射流裝置系統(tǒng)，試驗(yàn)樣件通過射流孔向密封倉內(nèi)射流，密封倉內(nèi)多余流體通過射流出水管流入水槽，水槽中流體循環(huán)供給。依次調(diào)節(jié)變頻器使電機(jī)在所需要對照的幾組轉(zhuǎn)速的檔次，將采集卡中數(shù)據(jù)采集出，依次存儲計算機(jī)中。在做光滑表面對照試驗(yàn)時，由于試驗(yàn)樣件表面不存在射流情況，因此當(dāng)射流入口管路20內(nèi)腔、射流密封件四存水腔部分、試驗(yàn)樣件31與傳感器頂端支架58之間內(nèi)腔部分及密封倉34內(nèi)充滿流體后，將射流進(jìn)水管及出水管都進(jìn)行封堵。當(dāng)幾組試驗(yàn)樣件情況依次完成后，對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行對照、分析、處理，最后得出結(jié)論。
權(quán)利要求
1.一種評估仿生非光滑表面及仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置，包括密封軸，安裝在密封軸一端的動力輸入及信號輸出機(jī)構(gòu)，安裝在密封軸另一端的傳感器機(jī)構(gòu)，包圍著傳感器機(jī)構(gòu)的密封倉以及配水機(jī)構(gòu)；其特征是所述傳感器機(jī)構(gòu)包括傳感器內(nèi)殼、傳感器外殼、撥桿支架、撥桿、應(yīng)變片，傳感器內(nèi)殼安裝在密封軸上，傳感器外殼套在傳感器內(nèi)殼外且二者之間可以相對轉(zhuǎn)動，撥桿支架套在傳感器內(nèi)殼上，應(yīng)變片粘貼在撥桿上，撥桿的一端位于撥桿支架相應(yīng)槽內(nèi)、另一端端位于傳感器外殼的槽內(nèi)，撥桿支架上固定有擋板，傳感器后密封端蓋聯(lián)接在傳感器外殼上；所述密封倉由密封倉前端蓋、密封倉后端蓋和密封倉體連接構(gòu)成，密封倉前端蓋裝配在密封軸上，密封倉后端蓋與配水機(jī)構(gòu)相連；傳感器外殼上固定頂端支架，頂端支架上固定有傳感器前密封端蓋及射流密封件，試驗(yàn)樣件安裝于頂端支架與射流密封件之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評估仿生非光滑表面及仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置， 其特征是在動力輸入及信號輸出機(jī)構(gòu)與密封倉之間的密封軸上、傳感器前密封端蓋與密封軸之間以及射流密封件與密封軸之間設(shè)置有軸向密封機(jī)構(gòu)，所述軸向密封機(jī)構(gòu)包括永久磁鐵、與永久磁鐵相配合的兩塊極板，兩塊極板結(jié)構(gòu)尺寸相同，每塊極板內(nèi)壁或外壁上有齒槽，每個極板鉆有徑向孔，所述徑向孔處設(shè)置絲堵封堵。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種評估仿生非光滑表面及仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置。包括密封軸，安裝在密封軸一端的動力輸入及信號輸出機(jī)構(gòu)，安裝在密封軸另一端的傳感器機(jī)構(gòu)，包圍著傳感器機(jī)構(gòu)的密封倉以及配水機(jī)構(gòu)。本發(fā)明適用于對非光滑表面結(jié)構(gòu)減阻效果測試和表面涂層減阻效果測試，以及對仿生射流表面減阻效果測試，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，測試準(zhǔn)確。在能夠?qū)崿F(xiàn)對非光滑表面結(jié)構(gòu)減阻效果進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)對射流表面結(jié)構(gòu)減阻效果進(jìn)行評估。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)裝置在不同試驗(yàn)樣件情況下的流體摩擦阻力值，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，得到不同表面結(jié)構(gòu)的減阻效果，研究非光滑表面結(jié)構(gòu)和射流表面結(jié)構(gòu)的減阻特性。
文檔編號G01M10/00GK102226736SQ201110089369
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者劉浩, 夏冬來, 楊立明, 舒海生, 謝志超, 谷云慶, 趙丹, 趙剛, 趙華琳, 韓毛毛 申請人:哈爾濱工程大學(xué)