[发明专利]柔性壁面减阻和降脉动压力效果测试装置及使用方法

说明书

本发明涉及一种柔性壁面减阻和降脉动压力效果测试装置及使用方法，包括水路模块、柔性运动壁面感知致动单元和测量模块，所述水路模块的回流通道包括相互连通的进水箱、出水箱、水泵和回流管道，所述柔性运动壁面感知致动单元包括基板、设在基板上的蒙皮，在基板背离蒙皮一侧设有多个单项介电弹性体驱动器；柔性运动壁面感知致动单元设置在试验段处，所述测量装置包括若干个传感器，传感器设于柔性运动壁面感知致动单元的上下游，在试验段上方设有激光位移扫描系统，在试验段侧面设有相机。本发明利用单向介电弹性体驱动器驱动薄金属板实现柔性主动变形，克服了被动式柔性壁面流动控制只适用于某特定工况的弊端。

技术领域

本发明涉及湍流控制变形壁面测试装置技术领域，尤其是柔性壁面减阻和降脉动压力效果测试装置及使用方法。

背景技术

海洋大型鱼类具有非凡的低阻低噪高效游动能力，国内外专家学者对鱼类表皮的减阻降噪效果进行了深入研究，包括使用理论分析、数值计算、模型试验等手段研究鲸豚类生物的表皮功能，初步获得了柔性表皮的减阻降噪机理。海豚的皮肤可抽象为柔性自适应表皮-湍流控制壁面，具有延迟转捩、降低湍流猝发强度等减阻降噪功能。

目前对于湍流控制壁面的研究大多是数值模拟，试验研究难度高，研究较少。但数值模拟需要对边界条件、材料等进行简化，仅靠数值模拟可信度较低，并且数值计算的正确性还需要借助试验来验证。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的柔性壁面减阻和降脉动压力效果测试装置及使用方法，本发明所提供的湍流控制柔性运动壁面通过调节单向介电弹性体驱动器的输入电压信号，生成波幅、频率可调的展向随行波面，柔性运动壁面前方和后方均布有MEMS热膜传感器和脉动压力传感器，控制器根据柔性运动壁面后方传感器和脉动压力传感器反馈过来的信号，调节控制电压，可对不同运动形式的柔性运动壁面减阻降脉动压力效果进行测试，从而提高数值模拟柔性运动壁面湍流控制的可靠性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种柔性运动壁面减阻和降脉动压力效果测试装置，包括水路模块、柔性运动壁面感知致动单元和测量模块，

所述水路模块包括相互连通的试验段、进流通道、出流通道，还包括回流通道；所述回流通道包括相互连通的进水箱、出水箱、水泵和回流管道，

所述柔性运动壁面感知致动单元包括基板、设在基板上的蒙皮，在基板背离蒙皮一侧设有多个单项介电弹性体驱动器；柔性运动壁面感知致动单元设置在试验段处，

所述测量装置包括若干个传感器，传感器设于柔性运动壁面感知致动单元的上下游，在试验段上方设有激光位移扫描系统，在试验段侧面设有相机。

所述柔性运动壁面感知致动单元由夹具框夹持，设于试验段的壁板上。

所述基板采用铝板，厚度取值范围0.2～0.5mm。

蒙皮采用硅胶蒙皮，厚度取值范围0.5～2mm，弹性模量取值范围0.3-1.0MPa。

蒙皮的上表面平贴于基板表面，且蒙皮边缘处与基板齐平。

单向介电弹性体驱动器矩阵式设于基板上，每一排单项介电弹性体驱动器中，中间的单项介电弹性体驱动器与两侧的单项介电弹性体驱动器之间存在相位差180°。

纵向的单项介电弹性体驱动器列中，相邻两单项介电弹性体驱动器之间的相位差相同。

柔性运动壁面感知致动单元位于试验段中心处。

回流通道上设有电磁流量计。

一种柔性运动壁面减阻和降脉动压力效果测试装置的使用方法，包括如下步骤：