本发明专利技术公开了一种液滴高速多向冲击载荷的测量装置，属于流体力学领域。本发明专利技术采用了液滴和传感器两部分的加速系统、可测量多角度冲击载荷的传感器，通过将液滴和传感器分别加速以及改变碰撞固壁倾角，可测量冲击速度100m/s以内单个液滴以不同冲击角度冲击固壁所产生的正压力与切向力，对实际风驱雨问题具有更好的适用性。所述测量装置具有液滴冲击速度较高、可测量多向冲击载荷的优势，在航空安全、适航认证、高速列车安全性、高层建筑等领域有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
一种液滴高速多向冲击载荷的测量装置
本专利技术属于流体力学领域，具体涉及一种液滴高速多向冲击载荷的测量装置。
技术介绍
液-固两相流问题广泛存在于工业、建筑、交通运输、环境等领域，其中液滴冲击现象常见于风驱雨、喷涂等问题中。了解液滴冲击载荷大小，对分析雨滴对建筑物外墙的侵蚀、水土流失、暴风雨中高速列车运行安全等问题具有重要意义。雨滴下落过程中，受到重力、浮力和空气阻力作用，呈现出底部较平、上部较圆的形状。液滴撞击固体表面的过程可以分为以下几个阶段:第一阶段是初始碰撞阶段，液滴由下落时的球形变成一个附着在固体表面的圆盘；第二阶段是液滴铺展阶段，液滴圆盘沿固体表面进行铺展直到最大直径；第三阶段是液滴达到其最大铺展直径后回缩至最后直径。液滴冲击固壁产生的载荷与液滴形状、冲击速度、冲击角度、液体粘性、液体密度、表面张力等因素有关。目前，对冲击壁面过程中液滴形状变化已有较多实验和数值模拟研究，但较少测量该过程中的冲击载荷大小。已有液滴冲击载荷的实验研究可分为低速和高速两类。低速撞击实验令液滴自由下落，最终以较低速度(<15m/s)撞击固体表面。高速撞击实验则采用高速射流冲击固体的方式，可获得速度达300m/s甚至更高的冲击条件。然而，对实际环境中面临的风驱雨问题，如建筑、高速列车等，通常雨滴撞击速度在25～100m/s左右。对该范围的液滴冲击载荷仍缺乏测量结果。另外，液滴斜向冲击固壁时不但会产生正压力同时会产生切向力，而目前的载荷测量中尚未考虑冲击角度的影响。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种液滴高速多向冲击载荷的测量装置，所述测量装置采用了液滴和传感器两部分的加速系统、可变倾角的多方位力传感器，通过将液滴和传感器分别加速以及改变传感器倾角，可测量冲击速度100m/s以内单个液滴以不同冲击角度冲击固壁所产生的载荷，具有液滴速度较高、可测量多向冲击载荷的优势，在航空安全、适航认证、高速列车安全性、高层建筑等领域有重要意义。所述的测量装置包括底座、支架、横杆、液滴枪、传感器系统、传感器加速系统和光电测量系统，所述支架有两个，支架底端固定在底座上，两个支架顶端分别连接横杆的两端，横杆上设置液滴枪，液滴枪用于提供加速液滴；光电测量系统设置在两个支架上，并分为两组，一组靠近液滴枪出口，用于测量液滴出射时间以启动传感器加速系统，另一组位于碰撞位置附近，用于测量碰撞时液滴的速度；传感器系统和传感器加速系统设置在底座上的密闭筒内。所述的液滴枪包括移液枪、压杆A、电磁铁、弹簧A和注射器，所述移液枪用于储存液体，实验开始时，通过橡皮管连接注射器上的入液管相连，量取液体后移开移液枪并将入液管密封，所述入液管位置靠近注射器末端；注射器的尾柄与压杆A的底端固定连接后装在套筒A内；所述套筒A顶部固定连接在横杆上，压杆A的顶端穿过横杆上的中心孔，并可以沿中心孔轴线上下运动，用于控制尾柄在套筒A中的位置高度；压杆A的底端为圆盘结构与尾柄固定连接，并与套筒A的内径配合密封。所述压杆A的底端圆盘结构的上表面与横杆的下表面之间设置弹簧A，初始状态时，弹簧A处于压缩状态；电磁铁置于横杆之上并靠近压杆A，用于吸附固定压杆A，并在弹簧A压缩状态下保持压杆A的初始位置。所述的传感器加速系统包括弹簧B、压杆B、油槽、套筒B、冲击盘、卡盘和平台，所述套筒B置于所述油槽中间，与油槽形成连通器；所述压杆B末端具有活塞结构，活塞结构刚好密封在所述油槽的油压面S2上；所述压杆B顶端穿过冲击盘和密封筒的上壁，并与冲击盘之间固定连接，与密封筒的上壁之间通过卡盘连接；所述套筒B内设置平台，传感器系统置于平台上，平台在套筒B内由于套筒B内油压面S1的上升和下降而随之上下运动；所述弹簧B两端分别压在密封筒上壁和冲击盘上表面；所述冲击盘上贯穿有压杆B。本专利技术提供的一种液滴高速多向冲击载荷的测量装置，其优点在于：(1)可测量冲击速度范围在100m/s以内液滴对固壁的冲击载荷，对实际风驱雨问题具有更好的适用性。(2)可测量不同冲击角度下液滴冲击产生的正压力与切向力。附图说明图1为本专利技术的测量装置的整体结构示意图；图2为本专利技术的测量装置的剖面结构示意图；图3为本专利技术的测量装置中液滴枪的结构示意图；图4为本专利技术的测量装置中采用的传感器加速系统示意图。图中：1.底座；2.支架；3.横杆；4.液滴枪；5.传感器系统；6.传感器加速系统；7.测量系统；8.密闭筒；401.移液枪；402.压杆A；403.电磁铁；404.弹簧A；405.注射器；406.橡皮管；407.尾柄；408.套筒A；409.入液管；601.弹簧B；602.压杆B；603.油槽；604.套筒B；605.冲击盘；606.卡盘；607.平台；701.第一对光电开关；702.三对光电开关；具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种液滴高速多向冲击载荷的测量装置，如图1和图2所示，所述的测量装置包括底座1、支架2、横杆3、液滴枪4、传感器系统5、传感器加速系统6和光电测量系统7，所述支架2有两个，支架2底端固定在底座1上，支架2顶端连接横杆3的两端，横杆3上设置液滴枪4，液滴枪4用于提供加速液滴；光电测量系统7设置在两个支架2上，并分为两组，一组靠近液滴枪出口，用于测量液滴出射时间以启动传感器加速系统，另一组位于碰撞位置附近，用于测量碰撞时液滴的速度。传感器系统5和传感器加速系统6设置在底座1上的密闭筒8内。所述横杆3可以沿支架2上下滑动，所述液滴枪4可以沿横杆3滑动。本专利技术提供的测量装置，其工作原理为：液滴枪4精确地量取一滴液滴，同时利用压缩空气将液滴可控地加速至20m/s以内并释放；传感器加速系统6将传感器系统5可控地加速至所需速度(≤80m/s)；传感器系统5用于测量液滴冲击的瞬时载荷以及测量液滴以不同冲击角度冲击固壁时产生的载荷，冲击角度可通过调整传感器系统中的固壁倾角而改变。如图3所示，所述液滴枪4用于准确地量取并提供加速液滴。所述的液滴枪4包括移液枪401、压杆A402、电磁铁403、弹簧A404和注射器405，所述移液枪401用于储存液体，实验开始时，通过橡皮管406连接注射器405上的入液管409，量取适量液体后移开移液枪401并将入液管409密封，所述入液管409位置靠近注射器6末端。注射器405的尾柄407与压杆A402的底端固定连接后装在套筒A408内。所述套筒A408顶部固定连接在横杆3上，压杆A402的顶端穿过横杆3上的中心孔，并可以沿中心孔轴线上下运动，用于控制尾柄407在套筒A408中的位置高度。压杆A402的底端为圆盘结构与尾柄407固定连接，并与套筒A408的内径配合密封。所述压杆A402的底端圆盘结构的上表面与横杆2的下表面之间设置弹簧A404，初始状态时，弹簧A404处于压缩状态。电磁铁403置于横杆3之上并靠近压杆A402，用于吸附固定压杆A402，并在弹簧A404压缩状态下保持压杆A402的初始位置。所述液滴枪4的工作原理为：从移液枪401里精确取得一定量的液体并注入注射器405末端，通过对弹簧A404进行一定量的压缩来获得所需加速能量。测量开始前，先将弹簧A404压缩至所需位置，并用电磁铁403吸附固定压杆A402保持弹簧A404的位置；测量开始时，释本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液滴高速多向冲击载荷的测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括底座、支架、横杆、液滴枪、传感器系统、传感器加速系统和光电测量系统，所述支架有两个，支架底端固定在底座上，两个支架顶端分别连接横杆的两端，横杆上设置液滴枪，液滴枪用于提供加速液滴；光电测量系统设置在两个支架上，并分为两组，一组靠近液滴枪出口，用于测量液滴出射时间以启动传感器加速系统，另一组位于碰撞位置附近，用于测量碰撞时液滴的速度；传感器系统和传感器加速系统设置在底座上的密闭筒内。
【技术特征摘要】
1.一种液滴高速多向冲击载荷的测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括底座、支架、横杆、液滴枪、传感器系统、传感器加速系统和光电测量系统；所述支架有两个，支架底端固定在底座上，两个支架顶端分别连接横杆的两端，横杆上设置液滴枪，液滴枪用于提供加速液滴；光电测量系统设置在两个支架上，并分为两组，一组靠近液滴枪出口，用于测量液滴出射时间以启动传感器加速系统，另一组位于碰撞位置附近，用于测量碰撞时液滴的速度；传感器系统和传感器加速系统设置在底座上的密闭筒内；所述的液滴枪包括移液枪、压杆A、电磁铁、弹簧A和注射器，所述移液枪用于储存液体，实验开始时，通过橡皮管连接注射器上的入液管，量取液体后移开移液枪并将入液管密封，所述入液管位置靠近注射器末端；注射器的尾柄与压杆A的底端固定连接后装在套筒A内；所述套筒A顶部固定连接在横杆上，压杆A的顶端穿过横杆上的中心孔，并可以沿中心孔轴线上下运动，用于控制尾柄在套筒A中的位置高度；压杆A的底端为圆盘结构与尾柄固定连接，并与套筒A的内径配合密封；所述压杆A的底端圆盘结构的上表面与横杆的下表面之间设置弹簧A，初始状态时，弹簧A处于压缩状态；电磁铁置于横杆之上并靠近压杆A，用于吸附固定压杆A，并在弹簧A压缩状态下保持压杆A的初始位置；所述的传感器加速系统包括弹簧B、压杆B、油槽、套筒B、冲击盘、卡盘和平台，所述套筒B置于所述油槽中间，与油槽形成连通器；所述压杆B末端具有活塞结构，活塞结构刚好密封在所述油槽的油压面S2上；所述压杆B顶端穿过冲击盘和密封筒的上壁，并与冲击盘之间...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋崇文，王泽辉，李涵，滕浩，许晨豪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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