一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置及方法，该用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置包括主体框架、测力传感器以及信号采集处理系统；测力传感器是多个，多个测力传感器均布在主体框架的内表面且分别与信号采集处理系统相连；待测平板置于主体框架中；待测平板所在平面与主体框架所在平面平行。本发明专利技术可对待测平板的表面摩擦阻力、来流角度、阻力特性进行测量与计算，也可对同步测量装置水平度进行校核，以光滑平板为参照，可精确测量并对比分析出各种流场条件下非光滑平板的表面摩擦阻力特性。

A Synchronized Measuring Device and Method for Surface Friction Resistance of Underwater Plate

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置及方法
本专利技术属于船舶水动力学
，涉及一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置及方法。技术背景随着海洋战略成为我国重要发展战略，海上航行器的节能研究成为热点。航行器在水中主要受到三种阻力：压差阻力、兴波阻力和摩擦阻力。而其中摩擦阻力占有很大比例。作为航行器的基本组成单元，搭建一个成本较低、结构简单、准确测量分析平板表面摩擦阻力的实验装置，对减小航行器运行阻力、节约能耗具有一定意义。现有技术对水下平板流动阻力测量的小型实验装置主要有以下几种：第一种是旋转式的阻力测量实验装置，这类装置是将水流速度转化为旋转运动，但被待测平板不是圆形，易产生压差阻力，影响测试结果；第二种是拖曳式的阻力测量装置，通过拖动平板代替流体流动，形成相对运动；第三种是流道式的阻力测量装置，这类装置设计复杂，水流稳定性不足，且没有考虑流道边框与水流的摩擦对压差的影响，测试结果准确度不高；还有一种是简化式平板测量装置，结构较简单，未充分考虑湍流的稳定性以及支撑与试验件的摩擦问题，影响了测量精度。而对平板表面摩擦阻力的测量方法主要是通过顺流向自由、横流向约束的方式对小尺度平板模型进行阻力测量，从大量实验研究发现，这类测量方法与实体船模有很大差别，主要原因有：第一，待测平板模型尺度小，雷诺数较低，流体在模型表面运动状况与实体船模不同；第二，船体在流体中运动状态并不总是沿一个方向运动，顺流向自由、横流向约束对平板运动轨迹较为理想化。对非光滑表面的阻力特性研究大多是先进行光滑平板测量，然后更换非光滑待测平板再次测量，该方法忽略了流场环境影响，并不能精确对比分析两块平板的水下阻力特性。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种可对待测平板的表面摩擦阻力、来流角度以及阻力特性等参数进行测量及计算、能够减少操作次数、节约测试时间以及提高实验效率的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，所述用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置包括主体框架、测力传感器以及信号采集处理系统；所述测力传感器是多个，多个测力传感器均布在主体框架的内表面且分别与信号采集处理系统相连；待测平板置于主体框架中；待测平板所在平面与所述主体框架所在平面平行。作为优选，本专利技术所采用的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置还包括置于主体框架中的待测平板夹持装置；所述待测平板夹持装置所在平面与所述主体框架所在平面平行；所述待测平板夹持装置的面积小于主体框架所围成的面积；待测平板通过待测平板夹持装置置于主体框架中。作为优选，本专利技术所采用的待测平板夹持装置包括腹板、滑动件以及压杆；所述腹板置于主体框架中，所述腹板的面积小于主体框架所围成的面积；所述腹板所在平面与所述主体框架所在平面平行；沿液体流动方向在主体框架上设置压杆；所述腹板的上表面以及压杆的下表面均设置有滑动件；待测平板置于腹板和压杆之间并通过腹板上表面的滑动件以及压杆下表面的滑动件夹持。作为优选，本专利技术所采用的腹板上表面的滑动件以及压杆下表面的滑动件均是多个，多个滑动件均布设置。作为优选，本专利技术所采用的滑动件是牛眼轴承。作为优选，本专利技术所采用的待测平板夹持装置还包括分别设置在主体框架上的立柱以及用于对待测平板在非使用状态进行限位的限位柱；所述压杆通过立柱设置在主体框架上。作为优选，本专利技术所采用的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置还包括设置在立柱上的传感器安装板；所述测力传感器通过传感器安装板固定设置在立柱上。作为优选，本专利技术所采用的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置还包括设置在主体框架外周用以消除流场变化的影响的导流罩以及设置在主体框架上用于对主体框架进行辅助作业的辅助架。作为优选，本专利技术所采用的测力传感器与信号采集处理系统无线连接或有线连接。一种基于如前所述的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置的测量方法，所述测量方法包括以下步骤：1)组装如前所述的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，通过设置在主体框架上不同测力传感器的受力情况判别并调整用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置的水平度；2)将用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置通过通过辅助架与外部辅助运动装备相连，打开与测力传感器相连的信号采集处理系统，带动待测平板在流场中运动，采集测力传感器稳定信号，即测得待测平板表面摩擦总阻力；3)根据步骤2)测量得到的待测平板表面摩擦总阻力计算均匀流场的来流角度、待测平板的测量阻力以及待测平板表面摩擦阻力。本专利技术的优点是：本专利技术提供了一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置及方法，该用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置包括主体框架、测力传感器以及信号采集处理系统；测力传感器是多个，多个测力传感器均布在主体框架的内表面且分别与信号采集处理系统相连；待测平板置于主体框架中；待测平板所在平面与主体框架所在平面平行。在测量原理上，本专利技术不同于现有技术对平板表面摩擦阻力的单一参数测量，本专利技术采用多传感器测量原理，可以校核所述同步测量装置的水平度并测量水下平板的表面摩擦阻力、来流角度和阻力特性等参数，应用更加广泛。在装置方面，不同于现有装置对水下平板表面摩擦阻力的单独测量方法，同步测量装置采用上下两侧平板同时测量的方法，可以同时获取两块平板的表面摩擦阻力值，减少操作次数，可节约测试时间，提高实验效率。在效果方面，在同一实验环境条件下同步测量两块平板的表面摩擦阻力方法，有利于精确对比分析两块平板的水下阻力特性，且适用于更多的实验环境，尤其是不均匀的复杂流场条件。以光滑平板为参照，可精确测量并对比分析出各种流场条件下非光滑平板的表面摩擦阻力特性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的装置与测量方法，下面将对实施例附图做简单介绍，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中的一些实施例，而不是全部的实施例和应用范围。图1是实施范例中所提供的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置的结构示意图；图2是实施范例中所提供的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置的水平度校核示意图。图3是基于本专利技术所提供的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置进行阻力测量时的示意图；图4是基于本专利技术所提供的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置阻力来流角度分析示意图；其中：1-导流罩；2-腹板；3-滑动件；4-压杆；5-测力传感器；6-立柱；7-限位柱；8-传感器安装板；9-悬挂机构；10-待测平板。具体实施方式下面结合本实施范例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行描述，显然，所描述地实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例和应用范围。本专利技术提供了一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，该用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置包括主体框架、测力传感器5以及信号采集处理系统；测力传感器5是多个，多个测力传感器5均布在主体框架的内表面且分别与信号采集处理系统相连；待测平板10置于主体框架中；待测平板10所在平面与主体框架所在平面平行。测力传感器均匀安装于主体框架四周边框上，传感器数量依据被测构件、主体框架的形状确定。以方形主体框架为例，应在各条边框上均匀设置2个测量传感器。本专利技术所提供的用于水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，其特征在于：所述用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置包括主体框架、测力传感器（5）以及信号采集处理系统；所述测力传感器（5）是多个，多个测力传感器（5）均布在主体框架的内表面且分别与信号采集处理系统相连；待测平板（10）置于主体框架中；待测平板（10）所在平面与所述主体框架所在平面平行。

【技术特征摘要】
1.一种用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，其特征在于：所述用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置包括主体框架、测力传感器（5）以及信号采集处理系统；所述测力传感器（5）是多个，多个测力传感器（5）均布在主体框架的内表面且分别与信号采集处理系统相连；待测平板（10）置于主体框架中；待测平板（10）所在平面与所述主体框架所在平面平行。2.根据权利要求1所述的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，其特征在于：所述用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置还包括置于主体框架中的待测平板夹持装置；所述待测平板夹持装置所在平面与所述主体框架所在平面平行；所述待测平板夹持装置的面积小于主体框架所围成的面积；待测平板（10）通过待测平板夹持装置置于主体框架中。3.根据权利要求2所述的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，其特征在于：所述待测平板夹持装置包括腹板（2）、滑动件（3）以及压杆（4）；所述腹板（2）置于主体框架中，所述腹板的面积小于主体框架所围成的面积；所述腹板（2）所在平面与所述主体框架所在平面平行；沿液体流动方向在主体框架上设置压杆（4）；所述腹板（2）的上表面以及压杆（4）的下表面均设置有滑动件（3）；待测平板（10）置于腹板（2）和压杆（4）之间并通过腹板（2）上表面的滑动件（3）以及压杆（4）下表面的滑动件（3）夹持。4.根据权利要求3所述的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，其特征在于：所述腹板（2）上表面的滑动件（3）以及压杆（4）下表面的滑动件（3）均是多个，多个滑动件（3）均布设置。5.根据权利要求4所述的用于水下平板表面摩擦阻力的同步测量装置，其特征在于：所述滑动件（3）是牛眼轴承。6.根据权利要求3或4或5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宏根，齐妍，姜宇轩，景旭文，李国超，刘金锋，李磊，李纯金，田桂中，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32