高速航體的阻力測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速航體的阻力測量裝置和測量方法，該裝置包括：高速航體入水系統(tǒng)，用以將航體樣品加速到40~400m/s；航體初速度測量系統(tǒng)，用以測量航體樣品入水前的速度；航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)，用以測量航體樣品水下運動的速度以及流體場的變化；水箱，用以提供航體樣品水下運動的場所。本發(fā)明測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量方法簡單易操作，結(jié)果準確，可以將現(xiàn)有航體阻力評價手段由低速航體擴展到高速航體，突破了現(xiàn)有低速航體阻力測試的局限，大大拓展了實驗室對高速航體阻力的評價手段。
【專利說明】
高速航體的阻力測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種流體阻力測試方法及裝置，特別涉及一種高速航體的阻力測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶、艦艇、魚雷等海中航行體在海洋經(jīng)濟建設和海洋國防中發(fā)揮著重要作用。海中航行體的運行速度和能量消耗率是評價其性能的重要指標，運行速度決定著航行體的性能，能量消耗率決定著航行體的續(xù)航能力和運行成本。而航行體的運行速度和能量消耗率除了與發(fā)動機效率相關(guān)外，其最主要的影響因素就是航體在海水中行駛阻力，尤其是高速航體，阻力對發(fā)動機效率的影響更為明顯。此外，如何降低高速航體的運行阻力，從而提高航體的運動速度，延長單位能量消耗下的航程，是提高涉海裝備性能的關(guān)鍵。
[0003]要研究航體的運行阻力，就需要搭建相應的阻力測試裝置。目前，航體的阻力測量主要集中于低速范圍。如專利(CN101832852A)提供一種利用高速水洞測量航體阻力的方法，但是該水洞的流速僅能達到18m/s，低于現(xiàn)有高速船舶的運動速度；專利(CN102288382A、CN103674479A)提供了一種拖曳式航體模型阻力測量方法，但是同樣存在只能測量低速航體的阻力這一問題；專利(20110112635.7)提供了一種壓差式阻力測量方法，但是該方法適用于管道流阻測試，而不適用于對航體模型或者平板樣品進行測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種高速航體的阻力測量裝置及測量方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括:
[0006]本發(fā)明實施例公開了一種高速航體的阻力測量裝置，包括:
[0007]高速航體入水系統(tǒng)，用以將航體樣品加速到40m/s以上，優(yōu)選為40?400m/s ；
[0008]航體初速度測量系統(tǒng)，至少用以測量航體樣品入水前的速度；
[0009]航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)，至少用以測量航體樣品水下運動的速度以及流體場的變化。
[0010]進一步的，，在上述的高速航體的阻力測量裝置中，還可包括水箱，用以提供航體樣品進行水下運動的場所。
[0011]優(yōu)選的，在上述的高速航體的阻力測量裝置中，所述的高速航體入水系統(tǒng)包括依次連接的氣體壓力源、壓力倉、開關(guān)、拉瓦爾噴管和行程管，所述拉瓦爾噴管的出口端還與一真空栗相連，所述航體樣品位于所述行程管內(nèi)。
[0012]優(yōu)選的，在上述的高速航體的阻力測量裝置中，所述行程管具有圓環(huán)形的截面，其出口方向與水面呈設定夾角。
[0013]優(yōu)選的，在上述的高速航體的阻力測量裝置中，所述航體樣品包括圓柱形的主體部，該主體部背離所述拉瓦爾噴管的一端具有球形表面。
[0014]優(yōu)選的，在上述的高速航體的阻力測量裝置中，所述壓力倉可由聚氯乙烯等材質(zhì)制成。
[0015]優(yōu)選的，在上述的高速航體的阻力測量裝置中，所述航體初速度測量系統(tǒng)可優(yōu)選自但不限于天幕式測速儀。
[0016]優(yōu)選的，在上述的高速航體的阻力測量裝置中，所述航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)包括高速相機。
[0017]相應地，本發(fā)明實施例還公開了一種高速航體的阻力測量方法，包括:
[0018]提供前述的任一種高速航體的阻力測量裝置；以及，
[0019]利用高速航體入水系統(tǒng)將航體樣品加速到40m/s以上(優(yōu)選為40?400m/s)，并以設定角度射入水中，且以航體初速度測量系統(tǒng)測量航體樣品入水前的速度，
[0020]以航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)測量航體樣品水下運動的速度以及流體場的變化，
[0021]而后，依據(jù)具有相同入水速度的航體樣品在水下運動固定距離后的相對速度值及流體場的變化來計算航體樣品在水中的運動阻力。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括:
[0023](I)測量裝置設計精巧，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，例如，利用拉瓦爾噴管產(chǎn)生高速氣體對航體進行加速而實現(xiàn)了高速航體的產(chǎn)生，其以簡易加工的聚氯乙烯管材即可構(gòu)建，同時通過光電測速儀測量航體初速度，不僅操作方便，且結(jié)果準確準確，再及，阻力測試方法簡易可行，只需利用高速相機測量航體樣品水下運動速度及流體場即可計算航體樣品的運行阻力；
[0024](2)本發(fā)明的測量原理簡單、直觀，可以將現(xiàn)有航體阻力評價手段由低速航體擴展到高速航體，突破了現(xiàn)有低速航體阻力測試的局限，大大拓展了實驗室對高速航體阻力的評價手段。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1所示為本發(fā)明典型實施例中高速航體的阻力測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2所示為本發(fā)明典型實施例中高速航體入水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3所示為本發(fā)明典型實施例中拉瓦爾噴管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]參圖1所示，高速航體的阻力測量裝置包括高速航體入水系統(tǒng)10、航體初速度測量系統(tǒng)20、航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)30、以及水箱40。
[0031]高速航體入水系統(tǒng)10呈傾斜角度放置，其中心軸線與航體初速度測量系統(tǒng)20的中心軸線保持平行，并且要求從高速航體入水系統(tǒng)10中發(fā)射出的航體樣品50經(jīng)過航體初速度測量系統(tǒng)20的光電測試區(qū)內(nèi)。
[0032]參圖2所示，高速航體入水系統(tǒng)10包括氣體壓力源11、壓力倉12、慣性開關(guān)13、拉瓦爾噴管14、真空栗15及行程管16。氣體壓力源11選擇高壓空氣瓶，壓力倉12部件由一段封閉聚氯乙烯管組成，慣性開關(guān)13負責壓力氣體的釋放，拉瓦爾噴管14可將高壓低速氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚贇怏w，進而推動航體樣品的運動，通過調(diào)節(jié)壓力產(chǎn)生初速度可控的航體樣品，行程管16約束航體樣品的運動軌跡，保證樣品按照設定的軌跡入水。
[0033]行程管16具有圓環(huán)形的截面，其出口方向與水面呈一定夾角。航體樣品50包括圓柱形的主體部，該主體部背離拉瓦爾噴管14的一端具有球形表面。
[0034]參圖3所示，拉瓦爾噴管14為雙錐形結(jié)構(gòu)，可將高壓低速氣體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚俚蛪簹怏w。
[0035]航體樣品的初速度通過調(diào)節(jié)慣性開關(guān)的觸發(fā)壓力來控制。航體樣品的入水角度通過調(diào)節(jié)航體入水系統(tǒng)的傾斜角度來控制。
[0036]利用高速航體入水系統(tǒng)10，可將航體樣品加速到40?400m/s。
[0037]航體初速度測量系統(tǒng)20為天幕式測速儀，由光電式測速器組成，通過測量航體樣品經(jīng)過固定距離的時間來計算航體樣品的運動速度，測試航體樣品入水前的速度。
[0038]航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)30與高速航體入水系統(tǒng)20中心軸線保持垂直。航體水下運動速度和流體場測量系統(tǒng)30由高速相機所組成，通過測量具有一定入水初速度和角度的航體樣品在水中運行固定距離后的速度變化及流體場，然后根據(jù)航體樣品在水中的速度測量結(jié)果計算航體樣品在水下運動的相對阻力。
[0039]上述的高速航體的阻力測量裝置的測量方法包括:
[0040]將待測的航體樣品放置在高速航體入水系統(tǒng)的行程管內(nèi)，通過高速航體入水系統(tǒng)將航體樣品進行加速；隨后被加速的航體樣品經(jīng)過航體初速度測量系統(tǒng)測試其入水前的初速度，然后航體樣品傾斜入水，依據(jù)具有相同入水速度樣品在水下運動固定距離后的相對速度值及流體場的變化來計算航體樣品在水中的運動阻力。
[0041]需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
[0042]以上所述僅是本發(fā)明的【具體實施方式】，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種高速航體的阻力測量裝置，其特征在于包括: 高速航體入水系統(tǒng)，用以將航體樣品加速到40m/s以上； 航體初速度測量系統(tǒng)，至少用以測量航體樣品入水前的速度； 航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)，至少用以測量航體樣品水下運動的速度以及流體場的變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速航體的阻力測量裝置，其特征在于所述的高速航體入水系統(tǒng)包括依次連接的氣體壓力源、壓力倉、開關(guān)、拉瓦爾噴管和行程管，所述拉瓦爾噴管的出口端還與一真空栗相連，在工作時所述航體樣品位于所述行程管內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速航體的阻力測量裝置，其特征在于所述行程管具有圓環(huán)形截面，其出口方向與水面呈設定夾角。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速航體的阻力測量裝置，其特征在于所述航體樣品包括圓柱形的主體部，該主體部背離所述拉瓦爾噴管的一端具有球形表面。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速航體的阻力測量裝置，其特征在于所述壓力倉的材質(zhì)至少選自聚氯乙烯。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速航體的阻力測量裝置，其特征在于所述航體初速度測量系統(tǒng)包括天幕式測速儀。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速航體的阻力測量裝置，其特征在于:所述航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)包括高速相機。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速航體的阻力測量裝置，其特征在于還包括水箱，用以提供航體樣品進行水下運動的場所。9.一種高速航體的阻力測量方法，其特征在于包括: 提供權(quán)利要求1-8中任一項所述的高速航體的阻力測量裝置；以及， 利用高速航體入水系統(tǒng)將航體樣品加速到40m/s以上，并以設定角度射入水中，且以航體初速度測量系統(tǒng)測量航體樣品入水前的速度， 以航體水下運動速度及流體場測量系統(tǒng)測量航體樣品水下運動的速度以及流體場的變化， 而后，依據(jù)具有相同入水速度的航體樣品在水下運動固定距離后的相對速度值及流體場的變化來計算航體樣品在水中的運動阻力。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高速航體的阻力測量方法，其特征在于包括:利用高速航體入水系統(tǒng)將航體樣品加速到40~400m/s，并以設定角度射入水中。
【文檔編號】G01M10/00GK105987804SQ201510090234
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月28日
【發(fā)明人】曾志翔, 劉二勇, 劉剛, 烏學東, 薛群基, 曹慧軍
【申請人】中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所