一種動邊界的產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種動邊界的產(chǎn)生裝置，包括氣源，邊界變形的頻率控制模塊，邊界變形的時(shí)間控制模塊和邊界變形大小的控制模塊，負(fù)壓生成器以及被研究的不同形狀物體的安裝設(shè)備。本裝置可產(chǎn)生不同形狀的可動繞流邊界，通過氣源和各種控制模塊使得邊界層發(fā)生改變，若在實(shí)驗(yàn)過程中不做任何參數(shù)更改則可實(shí)現(xiàn)各種形狀的靜態(tài)繞流，若使用頻率控制模塊、時(shí)間控制模塊和變形大小的控制模塊則可實(shí)現(xiàn)對邊界的變形控制，并且可以通過不同的安裝設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同形狀的繞流，從而產(chǎn)生動邊界繞流。
【專利說明】—種動邊界的產(chǎn)生裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種動邊界的產(chǎn)生裝置，可使得流體經(jīng)過不同形態(tài)的物體(運(yùn)動邊界)后，可研究其繞流后流動的現(xiàn)象，通過該裝置的內(nèi)(外)邊界后產(chǎn)生不同的渦流效果，從而構(gòu)成不同的繞流場。
【背景技術(shù)】
[0002]各種不同形態(tài)及其組合的圓柱、矩形柱等繞流運(yùn)動是經(jīng)典的流體力學(xué)問題。在實(shí)際生活中，存在各種各樣的繞流裝置例如橋墩，飛機(jī)機(jī)翼，海洋生物等，甚至于海洋石油采集平臺的支撐柱和航空母艦等大型物體都離不開繞流運(yùn)動的范疇。在這些繞流物體中，相對更有研究價(jià)值的是那些邊界發(fā)生變化的繞流，像魚類等水生動物和擁有翅膀的飛行動物經(jīng)過了數(shù)億年的進(jìn)化，通過各種各樣殘酷的大自然的進(jìn)化選擇，造就了獨(dú)具特色的水里游動和天空飛行的特殊能力。仿生研究一直都是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)，研制仿生飛行器、機(jī)械鳥和機(jī)械魚等等仿生設(shè)備一直受到軍方的高度重視，具有軍事應(yīng)用背景。
[0003]魚類的游動和鳥類的飛行僅通過軀體的搖擺或者翅膀的揮動就可以實(shí)現(xiàn)，其原理在于利用繞流邊界的動態(tài)變形與周邊的流場發(fā)生相互作用從而得到催動其運(yùn)行的動力。隨著目前航空，航海以及軍事事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，國內(nèi)外流體力學(xué)界正在廣泛關(guān)注繞流邊界的動態(tài)變形與周邊的流場發(fā)生的相互作用。可目前國內(nèi)外對魚類、鳥類機(jī)動性的研究仍然處于現(xiàn)象觀察和定性描述階段，缺乏定量的實(shí)驗(yàn)測量、數(shù)值計(jì)算和力學(xué)機(jī)理分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的提供一種可動邊界的繞流實(shí)驗(yàn)裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)無法使邊界發(fā)生改變以及無法實(shí)現(xiàn)邊界變形的控制。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種動邊界的產(chǎn)生裝置，用于對不同形狀物體進(jìn)行可動邊界的繞流實(shí)驗(yàn)，包括安裝有不同形狀物體的安裝設(shè)備，其特征在于:在安裝設(shè)備外套有外邊界層，外邊界層的兩端與安裝設(shè)備兩端外壁密閉貼合，還包括:
[0006]氣源，一面使負(fù)壓生成器獲得動力；另一方面向外輸出氣體，該氣體依次至少經(jīng)過調(diào)壓模塊及頻率/時(shí)間控制模塊后經(jīng)由安裝設(shè)備輸入外邊界層，使得外邊界層產(chǎn)生變形；
[0007]負(fù)壓生成器，產(chǎn)生負(fù)壓氣體，從而經(jīng)由頻率/時(shí)間控制模塊及安裝設(shè)備抽取外邊界層內(nèi)的氣體；
[0008]調(diào)壓模塊，用于調(diào)整流出的氣體壓力，以控制外邊界層的變形幅度；
[0009]頻率/時(shí)間控制模塊，按照設(shè)定頻率將調(diào)壓模塊產(chǎn)生的正壓氣體及負(fù)壓生成器產(chǎn)生的負(fù)壓氣體與安裝設(shè)備來回切換導(dǎo)通，并按照設(shè)定時(shí)間控制每次導(dǎo)通的時(shí)間，從而控制外邊界層的變形頻率及變形過程中的時(shí)間快慢。
[0010]優(yōu)選地，還包括幅度控制模塊，用于精確控制流出的氣體流量，與所述調(diào)壓模塊共同作用，使得所述外邊界層變形幅度的控制更加精確。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述幅度控制模塊采用高精度的減壓閥。[0012]優(yōu)選地，所述高精度的減壓閥為定值器。
[0013]優(yōu)選地，所述負(fù)壓生成器主要由拉佛爾管構(gòu)成。
[0014]優(yōu)選地，所述調(diào)壓模塊包括連接有壓力標(biāo)稱裝置的調(diào)壓閥。
[0015]優(yōu)選地，所述頻率/時(shí)間控制模塊包括兩個(gè)電磁閥，所有電磁閥均連接有頻率發(fā)生器，兩個(gè)電磁閥的輸出端均連接至所述安裝設(shè)備，兩個(gè)電磁閥的輸入端分別與所述調(diào)壓模塊及所述負(fù)壓生成器相連，由頻率發(fā)生器控制兩個(gè)電磁閥按照設(shè)定頻率導(dǎo)通或截止，從而控制外邊界層的收縮狀態(tài)，并可以根據(jù)設(shè)定的頻率大小控制外邊界層的變形時(shí)間長短。
[0016]本發(fā)明可產(chǎn)生不同形狀的可動繞流邊界，通過氣源和各種控制模塊使得邊界層發(fā)生改變，若在實(shí)驗(yàn)過程中不做任何參數(shù)更改則可實(shí)現(xiàn)各種形狀的靜態(tài)繞流，若使用頻率控制模塊、時(shí)間控制模塊和變形大小的控制模塊則可實(shí)現(xiàn)對邊界的變形控制，并且可以通過不同的安裝設(shè)備實(shí)現(xiàn)不同形狀的繞流，從而產(chǎn)生動邊界繞流。本實(shí)驗(yàn)設(shè)備在操作上簡單易行，擁有良好的重復(fù)性，對動邊界繞流問題的研究不僅具有很好的貼合性，而且還可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)的不同要求做相應(yīng)的裝置處理，從而達(dá)到舉一反三的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明提供的一種動邊界的產(chǎn)生裝置的系統(tǒng)框圖；
[0018]圖2為本發(fā)明中的安裝設(shè)備示意圖；
[0019]圖3A為圖2的A-A向剖視圖；
[0020]圖3B為圖2的B-B向剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提出的動邊界的產(chǎn)生裝置包括氣源、調(diào)壓模塊、邊界變形的幅度控制模塊、邊界變形的頻率/時(shí)間控制模塊、負(fù)壓生成器以及安裝有被研究的不同形狀物體的安裝設(shè)備3。
[0023]氣源可利用空氣壓縮機(jī)，其在動邊界實(shí)驗(yàn)裝置中起的作用是:保證動邊界的形成，并給調(diào)壓模塊、幅度控制模塊和負(fù)壓生成器等部件提供氣體動力，保證整個(gè)裝置的氣體來源，是動邊界的產(chǎn)生裝置持續(xù)不斷運(yùn)行的保障。
[0024]調(diào)壓模塊主要由調(diào)壓閥與壓力標(biāo)稱裝置2組成，其中調(diào)壓閥基本可以說是減壓閥，其工作原理如下:高壓介質(zhì)通過一個(gè)小孔充到一個(gè)相對較大的腔里實(shí)現(xiàn)減壓，實(shí)際上是靠截流減壓。其在動邊界實(shí)驗(yàn)裝置中起的作用是:調(diào)控整個(gè)動邊界的產(chǎn)生裝置內(nèi)的氣體壓力，與幅度控制模塊一起控制流量和外邊界層的變形大小，保障系統(tǒng)在正常壓力下運(yùn)行。
[0025]幅度控制模塊可以運(yùn)用定值器等氣動控制設(shè)備，從而精確改變動邊界的變形大小。定值器是一種高精度的減壓閥，主要用于壓力定值調(diào)整，它是按力平衡原理進(jìn)行工作的。幅度控制模塊在調(diào)壓模塊之后起到精確控制流量的作用，從而精確控制外邊界層I的變形大小。
[0026]頻率/時(shí)間控制模塊用于對流體進(jìn)氣與出氣進(jìn)行控制，主要由頻率發(fā)生器和兩個(gè)電磁閥組成。兩個(gè)電磁閥的輸出端均連接至安裝設(shè)備3，兩個(gè)電磁閥的輸入端分別與調(diào)壓模塊及負(fù)壓生成器相連。利用頻率發(fā)生器可以方便地控制電磁閥的開、關(guān)頻率，從而實(shí)現(xiàn)對外邊界層I的變形頻率進(jìn)行控制。電磁閥用于調(diào)整流體的方向、流量、速度和其他的參數(shù)，利用比例閥等相互作用，可進(jìn)行動邊界變形過程中的時(shí)間快慢控制。通過選取適當(dāng)?shù)碾姶砰y達(dá)到對外邊界層I變形時(shí)間長短和快慢進(jìn)行控制的目的。
[0027]負(fù)壓生成器中主要由拉佛爾管構(gòu)成。流體在局部收縮處，使流速增加，產(chǎn)生負(fù)壓。利用這個(gè)特點(diǎn)配置成為負(fù)壓生成器。負(fù)壓生成器在裝置中的作用是為外邊界層I的收縮提供保障。
[0028]在安裝有被研究的不同形狀物體的安裝設(shè)備3中，不同形狀物體包括圓柱、矩形柱、流線形柱以及機(jī)翼形柱等。用于不同工況下的邊界裝置，可以使動邊界運(yùn)用到各個(gè)方面的繞流情況。如圖2、圖3A及圖3B所示，在本實(shí)施例中，安裝設(shè)備3為金屬材質(zhì)的細(xì)長柱形管，在柱形管中部帶有通氣口，可以將氣體由安裝設(shè)備3通往外邊界層，外邊界層I為橡膠套，套在柱形管外側(cè)，并將橡膠套的兩端與柱形管外壁密閉貼合，從而保證外邊界層I合理的變形。柱形管的兩端外側(cè)通氣口與頻率/時(shí)間控制模塊對應(yīng)接口相連，氣體通過頻率/時(shí)間控制模塊進(jìn)入柱形管內(nèi)，根據(jù)氣體量的大小與來流速度控制兩柱形管之間的外邊界層定時(shí)定量地?cái)U(kuò)張與收縮。
[0029]以上為繞流動邊界裝置各個(gè)部分的作用，本裝置將各個(gè)部分協(xié)調(diào)在一起，其工作過程為:
[0030]第一步、調(diào)整調(diào)壓模塊、幅度控制模塊、頻率/時(shí)間控制模塊至初始位置；
[0031]第二步、安裝實(shí)驗(yàn)所需類型的柱形裝置并加裝外邊界層I ;
[0032]第三步、打開氣源，使氣體依次通過調(diào)壓模塊、幅度控制模塊、頻率/時(shí)間控制模塊，最后到達(dá)外邊界層1，確保氣流暢通；另一方面使負(fù)壓生成器獲得動力；
[0033]第四步、根據(jù)實(shí)驗(yàn)的條件，調(diào)節(jié)調(diào)壓模塊控制整體裝置氣壓；
[0034]第五步、調(diào)節(jié)幅度控制模塊使得外邊界層變形大小達(dá)到實(shí)驗(yàn)條件要求；
[0035]第六步、調(diào)節(jié)頻率/時(shí)間控制模塊控制氣體的方向、流量和速度等使得外邊界層擴(kuò)張至最大的時(shí)間符合實(shí)驗(yàn)條件要求，并根據(jù)需要進(jìn)行收縮或繼續(xù)擴(kuò)張；
[0036]第七步、若對頻率/時(shí)間控制模塊的控制沒有使得外邊界層達(dá)到預(yù)期效果，則調(diào)試各個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，重復(fù)第四步至第六步的過程；
[0037]第八步、若對頻率/時(shí)間控制模塊的控制達(dá)到了實(shí)驗(yàn)要求，則根據(jù)下一工況，重復(fù)第二步至第六步的過程。
【權(quán)利要求】
1.一種動邊界的產(chǎn)生裝置，用于對不同形狀物體進(jìn)行可動邊界的繞流實(shí)驗(yàn)，包括安裝有不同形狀物體的安裝設(shè)備(3)，其特征在于:在安裝設(shè)備(3)外套有外邊界層(I)，外邊界層⑴的兩端與安裝設(shè)備⑶兩端外壁密閉貼合，還包括: 氣源，一面使負(fù)壓生成器獲得動力；另一方面向外輸出氣體，該氣體依次至少經(jīng)過調(diào)壓模塊及頻率/時(shí)間控制模塊后經(jīng)由安裝設(shè)備(3)輸入外邊界層(I)，使得外邊界層(I)產(chǎn)生變形； 負(fù)壓生成器，產(chǎn)生負(fù)壓氣體，從而經(jīng)由頻率/時(shí)間控制模塊及安裝設(shè)備(3)抽取外邊界層(I)內(nèi)的氣體； 調(diào)壓模塊，用于調(diào)整流出的氣體壓力，以控制外邊界層(I)的變形幅度； 頻率/時(shí)間控制模塊，按照設(shè)定頻率將調(diào)壓模塊產(chǎn)生的正壓氣體及負(fù)壓生成器產(chǎn)生的負(fù)壓氣體與安裝設(shè)備(3)來回切換導(dǎo)通，并按照設(shè)定時(shí)間控制每次導(dǎo)通的時(shí)間，從而控制外邊界層(I)的變形頻率及變形時(shí)間長短。
2.如權(quán)利要求1所述的一種動邊界的產(chǎn)生裝置幅度控制模塊，其特征在于:還包括幅度控制模塊，用于精確控制流出的氣體流量，與所述調(diào)壓模塊共同作用，使得所述外邊界層(I)變形幅度的控制更加精確。
3.如權(quán)利要求2所述的一種動邊界的產(chǎn)生裝置幅度控制模塊，其特征在于:所述幅度控制模塊采用高精度的減壓閥。
4.如權(quán)利要求3所述的一種動邊界的產(chǎn)生裝置幅度控制模塊，其特征在于:所述高精度的減壓閥為定值器。
5.如權(quán)利要求1所述的一種動邊界的產(chǎn)生裝置幅度控制模塊，其特征在于:所述負(fù)壓生成器主要由拉佛爾管構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的一種動邊界的產(chǎn)生裝置幅度控制模塊，其特征在于:所述調(diào)壓模塊包括連接有壓力標(biāo)稱裝置(2)的調(diào)壓閥。
7.如權(quán)利要求1所述的一種動邊界的產(chǎn)生裝置幅度控制模塊，其特征在于:所述頻率/時(shí)間控制模塊包括兩個(gè)電磁閥，所有電磁閥均連接有頻率發(fā)生器，兩個(gè)電磁閥的輸出端均連接至所述安裝設(shè)備(3)，兩個(gè)電磁閥的輸入端分別與所述調(diào)壓模塊及所述負(fù)壓生成器相連，由頻率發(fā)生器控制兩個(gè)電磁閥按照設(shè)定頻率導(dǎo)通或截止，從而控制外邊界層(I)的收縮狀態(tài)，并可以根據(jù)設(shè)定的頻率大小控制外邊界層的變形時(shí)間長短。
【文檔編號】G01M10/00GK103969023SQ201410120331
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】王鑫, 陳瑜, 馬云馳, 謝錫麟, 麻偉巍 申請人:東華大學(xué), 復(fù)旦大學(xué)