[发明专利]一种水下模型阻力测量系统及测试方法

说明书

本发明提供一种水下模型阻力测量系统，包括水洞试验段和水下模型，还包括测量装置、装夹装置和数据采集卡，所述测量装置包括基体、连接杆、光轴、压力传感器和直线轴承，所述光轴通过所述直线轴承安装在所述基体上，所述光轴的轴线与所述水洞试验段内的流体流向平行，所述光轴上连接有所述连接杆，所述连接杆通过所述装夹装置与所述水下模型连接，所述基体上沿流体流向位于所述光轴的末端设置所述压力传感器，所述压力传感器与所述数据采集卡连接，所述水下模型内设有配重块。本发明提供的水下模型阻力测量系统可根据不同形状的水下模型更换不同的装夹装置，具有较强的适用性。

技术领域

本发明属于水洞实验装置阻力测量领域，尤其涉及主要用于平板模型、船舶航行器模型、生物模型等在高雷诺数的水洞试验环境条件下，精确获取该试验环境条件下模型所受流向方向的流体总阻力，并开展减阻研究的试验系统。

背景技术

海中航行器的运行速度和工作效率决定着航行器的性能，除了发动机外最大的影响因素便是航行中所受的阻力。经过学者们半个多世纪以来对于湍流边界层的研究发现，减小湍流边界层内摩擦阻力对船舶、水下航行等工程领域有重要意义。物体浸没时流体产生的阻力可分为由物体形状产生的压差阻力以及流体自身粘性导致的摩擦阻力，当雷诺数达到一定程度后流体摩擦阻力将会占所受总阻力的50％以上，而这大部分是在湍流边界层内产生的。因此控制湍流边界层已经成为流体减阻研究的热点，而通过测力可直观对比所受阻力，对水下模型减阻研究有十分重要的意义。

目前，对于水下模型阻力的测量通常在循环水槽中进行试验，其雷诺数通常较低，与实际应用存在较大差距。而要在封闭高速循环水洞中试验需要将传感器置于水洞内部，常用的方法是将传感器连接于模型尾端，安装复杂，且使整个装置重心前移，极易在流体经过时产生振动影响试验数据的测量精度。

因此，现亟需一种能够适应高雷诺数的水下模型的阻力测量系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水下模型的阻力测量系统，其可以适应较高的雷诺数，且可以装夹多种不同形状，不同长度的模型用于阻力测量。

本发明所采用的技术方案为一种水下模型阻力测量系统，包括水洞试验段和水下模型，还包括测量装置、装夹装置和数据采集卡，所述测量装置包括基体、连接杆、光轴、压力传感器和直线轴承，所述光轴通过所述直线轴承安装在所述基体上，所述光轴的轴线与所述水洞试验段内的流体流向平行，所述光轴上连接有所述连接杆，所述连接杆通过所述装夹装置与所述水下模型连接，所述基体上沿流体流向位于所述光轴的末端设置所述压力传感器，所述压力传感器与所述数据采集卡连接，所述水下模型内设有配重块。

进一步，所述光轴上还设有用于复位的复位弹簧。

进一步，所述基体沿流体流向的头部和尾部均为半圆柱形，所述光轴的数量为两根，所述基体内并排设有两条平行的圆柱孔，两条所述圆柱孔的两端均设有所述直线轴承，两根所述光轴分别安装在两条所述圆柱孔内的所述直线轴承内，所述基体沿流体流向位于两所述圆柱孔的下游设置有传感器安装槽，所述压力传感器安装在所述传感器安装槽中，所述光轴沿流体流向的末端延伸设有小轴，所述圆柱孔与所述安装槽之间设有与所述小轴相配合的小孔，所述小孔上设有密封圈，所述小轴穿过所述小孔可以与所述压力传感器接触，所述小轴上套装有复位弹簧，所述复位弹簧的一端顶在所述光轴的台阶上，另一端顶在所述基体上，所述连接杆整体呈T形，所述连接杆的顶部对称设有两个与所述光轴相配合的圆孔，所述连接杆的所述圆孔上沿径向方向设有锁紧螺钉，所述连接杆通过所述圆孔套装在所述光轴上，并通过所述锁紧螺钉锁紧，所述光轴上沿所述水洞试验段内的流体流向设有两个所述连接杆，所述连接杆下端穿出所述基体与所述装夹装置连接。

进一步，所述基体的所述圆柱孔内位于所述直线轴承处均贴有硅胶垫，且所述圆柱孔沿径向设有紧定螺钉。

进一步，所述基体还包括盖板，所述盖板安装在所述基体底部，所述盖板上开设有方孔，所述连接杆从所述方孔穿出与所述装夹装置连接。