基于水下的多功能仿生减阻测试装置制造方法及图纸

基于水下的多功能仿生减阻测试装置，包括试验平台支架、试验测试组件、动力输入组件、扭矩信号采集组件、配水组件和移动组件，所述的试验测试组件包括第一试验样件测试组件、第二试验样件测试组件以及密封筒组件，所述的第一试验样件测试组件、第二试验样件测试组件均置于所述的密封腔组件内部，所述的第一试验样件测试组件同轴设置在第二试验样件测试组件内腔；所述的扭矩信号采集组件包括扭矩信号耦合器、信号采集模块、应变片以及扭矩输出轴；所述的动力输入组件包括电机、电机支撑座、皮带轮、皮带和动力输入轴。本发明专利技术的有益效果是：小型、造价低廉，具备多种试验功能，使用起来安装拆卸都比较方便，并且能够适应不同流体试验。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种表面阻力测试装置，具体的说是一种基于水下的多功能仿生表面减阻测试装置。
技术介绍
当前，海洋战略是各个国家重点发展的国家战略，海洋中有许多资源，对于发展国家经济也大有裨益，因此提高发展海洋安全也是每个国家不可缺少的战略。关于海洋安全和经济，海洋中的航行工具，比如船舶、鱼类、舰艇，都在海洋的经济发展中和国防安全中也发挥着巨大的影响力。如今能源需求越来越大，能源储量也日益减少，因此如何让海洋中的船只舰艇更高效的航行成为了一个亟待解决的问题，既要提高能源利用效率，又要提高船舶的航行速度，那么如何减少在航行时遇到的阻力成了研究的关键，这个问题目前也是科技界研究的热点。海洋中航行体在运行过程中一般需要克服三种阻力。其中的摩擦阻力占到50％，更有甚者，例如潜艇、鱼雷等，该比例可达到70％，可见摩擦阻力对船体运行速度和能源消耗有着重大的影响，在航行过程中，减少摩擦阻力显得特别重要。不仅仅在水中，通过不同领域的实验可以发现，在空气中的飞行工具也会遇到同样的问题，比如日常出行的飞机，空气对它的阻力接近一半，又如那些飞行速度更高的战斗机，摩擦阻力也高达50％。管道运输中，80％以上的能量用来消耗克服表面摩擦阻力。更有一些实验研究表明，在进行流体实验时，如采用湍流，雷诺数将达到105，相比层流而言，流体的粘性力也会提升十倍，所以通过这些实验可以发现，航行体表面流体剪切应力增大，损耗也将上升。为了减小船舶航行时的阻力，仿生减阻是目前非常热门的一个研究方向。例如海豚、鲨鱼，通过对这些在海洋中游泳健将的模仿，研究海洋生物快速游动的特性。通过仿生领域科学家对这些相关生物的分析观察，通过从外形到表皮、器官的研究发现，在其表皮上，有着不一样的构造，在高倍的显微镜下，有着特殊的微结构特性。并且鲨鱼鳃部的射流结构能够有助于减小游动时的阻力。科学家将具有这些特征的表面投入实验，在对比中发现就是这些特殊表面能够有效地改善表面流体的湍流特征，使其在游动中具有更快更高的速度。仿生非光滑表面减阻技术和仿生射流减阻技术在流体减阻领域中一直是研究的热点。人们在采用各种新颖减阻技术的时候，为了更准确的掌握其机理，记录其准确的减阻效果，需要借助一些高端的设备加以实验，一般进行流体阻力测试实验大都采用水洞装置，水洞装置由于其成本高昂，机构十分复杂，占地面积广，实验中的流场难以模拟，并且实验周期很长，这样一来使得水洞装置在现实试验中具有很大的局限性。即使是如今已经研制出来的小型的流体力学测试装置，都是传统结构的，故为了需要解决实现试验试样的多样性，基于方便安装拆卸，能在多种条件下进行实验的要求。设计研发一台小型的、造价低廉，具备多种试验功能，使用起来安装拆卸都比较方便，并且能够适应不同流体试验的装置显得格外关键，对减阻研究具有重大意义。
技术实现思路
为了解决目前的流体力学测试装置机构十分复杂，占地面积广，实验中的流场难以模拟，并且实验周期很长的问题，本专利技术提出了一种小型的、造价低廉，具备多种试验功能，使用起来安装拆卸都比较方便，并且能够适应不同流体试验的基于水下的多功能仿生表面减阻测试装置。本专利技术所述的基于水下的多功能仿生减阻测试装置，包括试验平台支架、试验测试组件、动力输入组件、扭矩信号采集组件、配水组件和移动组件，所述的动力输入组件、试验测试组件、移动组件和所述的配水组件安装在所述的试验平台支架上，所述的移动组件与所述的试验平台支架固接；所述动力输入组件通过皮带轮与所述的试验测试组件的动力输入端相连接，所述的第二试验测试组件的动力输出端与所述的扭矩信号采集组件连接；所述的扭矩信号采集组件安装在所述的移动组件上；所述配水组件的进水管与所述的密封腔的入水口管道连接，所述配水组件的出水管与所述密封腔的出水口管道连接，其特征在于：所述的试验测试组件包括第一试验样件测试组件、第二试验样件测试组件以及密封筒组件，所述的第一试验样件测试组件、第二试验样件测试组件均置于所述的密封腔组件内部，所述的第一试验样件测试组件同轴设置在第二试验样件测试组件内腔；所述第一试验样件测试组件包括第一试验样件、第一试验样件承载架、第一试验样件挡圈和轴端挡圈，所述第一试验样件承载架靠在动力输入轴的轴肩处，并通过动力输入轴轴肩和动力输入轴上的键实现轴向及周向定位，所述第一试验样件同轴套装在第一试验样件承载架外部，第一试验样件挡盖安装在第一试验样件承载架的端面上，实现对第一试验样件挡盖的轴向固定；所述的第二试验样件组件包括第二试验样件、第二试验样件左端盖、第二试验样件右端盖和轴端挡圈，所述的第二试验样件左端盖和第二试验样件右端盖分别密封安装在第二试验样件两端；第二试验样件右端盖同轴套接在扭矩输出轴伸入密封腔组件内腔的端部，并通过扭矩输出轴的轴肩实现轴向固定；所述的轴端挡圈固连在扭矩输出轴上，同时压紧第二试验样件右端盖，通过压紧力实现对第二试验样件右端盖的周向固定；所述的扭矩信号采集组件包括扭矩信号耦合器、用于采集第二试验样件扭矩的信号采集模块、用于传递第二试验样件扭矩的扭矩输出轴、用于采集第一试验样件扭矩的应变片以及用于输入动力的动力输入轴，所述的矩信号耦合器安装在所述的扭矩耦合器支座上；所述的扭矩输出轴的一端伸入所述的密封腔组件内部后安装第二试验样件；所述的扭矩输出轴与所述的密封腔组件之间密封连接；所述的动力输入组件包括电机、电机支撑座、皮带轮、皮带和动力输入轴，电机轴伸与动力输入轴上各安装有皮带轮，两个皮带轮之间用皮带紧绷连接；所述的电机的轴伸通过皮带轮与所述的动力输入轴相连，电机安装在电机支撑座上保持与动力输入轴具有相同的中心高度；所述动力输入轴上键内配有用于测量动力输入轴上扭矩的应变片，所述的应变片与外部信号处理器电连。所述配水组件包括水槽、离心泵、进水管、出水管、排水管、涡轮流量计和球阀，所述离心泵的进水口通过管路引入所述的水槽中，所述的离心泵的出水口与所述的进水管的进水端相连，所述的进水管的出水端与所述的密封腔的进水口相连，所述的出水管的进水端与密封腔左端盖的试验出水管口相连，出水端引入所述的水槽内，所述排水管的进水端与密封腔体上的排水管口相连，出水端引入所述的水槽内，所述的试验出水管和排水管均由试验平台支架上的通孔支撑，整个试验过程实现测试用水的循环利用；所述的进水管路上设置有涡轮流量计，在进水管与出书管路上均设有球阀用来调节流量，整个进水管路由进水管支撑架支撑；配水组件的离心泵从水槽中抽取水通过进水管输送至密封腔体内，并通过进水管路上安装的球阀、涡轮流量计控制进水流量，进而控制第二试验样件上射流流速的大小。所述的信号采集模块包括扭矩输出轴、梅花型联轴器、扭矩耦合器、键槽板、扭矩耦合器支座、动力输入轴及其输入轴上的键和应变片(应变片是用来测量动力输入轴上的扭矩的，进而可以求出第一试验样件上的扭矩，也是信号采集模块里的一种)，扭矩输出轴左端连接第二试验样件组件，右端连接梅花型联轴器；所述扭矩信号耦合器安装在扭矩信号耦合器支座上，扭矩信号耦合器支座安装在移动组件上，扭矩信号耦合器支座上安装有键槽板，扭矩信号耦合器一端安装在所述的键槽板上，键槽板对其一端实现周向固定，另一端与梅花型联轴器连接；在试验过程中第二试验样件受到的扭矩通过扭矩输出轴传递，被扭矩信号耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于水下的多功能仿生减阻测试装置，包括试验平台支架、试验测试组件、动力输入组件、扭矩信号采集组件、配水组件和移动组件，所述的动力输入组件、试验测试组件、移动组件和所述的配水组件安装在所述的试验平台支架上，所述的移动组件与所述的试验平台支架固接；所述动力输入组件通过皮带轮与所述的试验测试组件的动力输入端相连接，所述的第二试验测试组件的动力输出端与所述的扭矩信号采集组件连接；所述的扭矩信号采集组件安装在所述的移动组件上；所述配水组件的进水管与所述的密封腔的入水口管道连接，所述配水组件的出水管与所述密封腔的出水口管道连接，其特征在于：所述的试验测试组件包括第一试验样件测试组件、第二试验样件测试组件以及密封筒组件，所述的第一试验样件测试组件、第二试验样件测试组件均置于所述的密封腔组件内部，所述的第一试验样件测试组件同轴设置在第二试验样件测试组件内腔；所述第一试验样件测试组件包括第一试验样件、第一试验样件承载架、第一试验样件挡圈和轴端挡圈，所述第一试验样件承载架靠在动力输入轴的轴肩处，并通过动力输入轴轴肩和动力输入轴上的键实现轴向及周向定位，所述第一试验样件同轴套装在第一试验样件承载架外部，第一试验样件挡盖安装在第一试验样件承载架的端面上，实现对第一试验样件挡盖的轴向固定；所述的第二试验样件组件包括第二试验样件、第二试验样件左端盖、第二试验样件右端盖和轴端挡圈，所述的第二试验样件左端盖和第二试验样件右端盖分别密封安装在第二试验样件两端；第二试验样件右端盖同轴套接在扭矩输出轴伸入密封腔组件内腔的端部，并通过扭矩输出轴的轴肩实现轴向固定；所述的轴端挡圈固连在扭矩输出轴上，同时压紧第二试验样件右端盖，通过压紧力实现对第二试验样件右端盖的周向固定；所述的扭矩信号采集组件包括扭矩信号耦合器、用于采集第二试验样件扭矩的信号采集模块、用于传递第二试验样件扭矩的扭矩输出轴、用于采集第一试验样件扭矩的应变片以及用于输入动力的动力输入轴，所述的矩信号耦合器安装在所述的扭矩耦合器支座上；所述的扭矩输出轴的一端伸入所述的密封腔组件内部后安装第二试验样件；所述的扭矩输出轴与所述的密封腔组件之间密封连接；所述的动力输入组件包括电机、电机支撑座、皮带轮、皮带和动力输入轴，电机轴伸与动力输入轴上各安装有皮带轮，两个皮带轮之间用皮带紧绷连接；所述的电机的轴伸通过皮带轮与所述的动力输入轴相连，电机安装在电机支撑座上保持与动力输入轴具有相同的中心高度；所述动力输入轴上键内配有用于测量动力输入轴上扭矩的应变片，所述的应变片与外部信号处理器电连。...

【技术特征摘要】
1.基于水下的多功能仿生减阻测试装置，包括试验平台支架、试验测试组件、动力输入组件、扭矩信号采集组件、配水组件和移动组件，所述的动力输入组件、试验测试组件、移动组件和所述的配水组件安装在所述的试验平台支架上，所述的移动组件与所述的试验平台支架固接；所述动力输入组件通过皮带轮与所述的试验测试组件的动力输入端相连接，所述的第二试验测试组件的动力输出端与所述的扭矩信号采集组件连接；所述的扭矩信号采集组件安装在所述的移动组件上；所述配水组件的进水管与所述的密封腔的入水口管道连接，所述配水组件的出水管与所述密封腔的出水口管道连接，其特征在于：所述的试验测试组件包括第一试验样件测试组件、第二试验样件测试组件以及密封筒组件，所述的第一试验样件测试组件、第二试验样件测试组件均置于所述的密封腔组件内部，所述的第一试验样件测试组件同轴设置在第二试验样件测试组件内腔；所述第一试验样件测试组件包括第一试验样件、第一试验样件承载架、第一试验样件挡圈和轴端挡圈，所述第一试验样件承载架靠在动力输入轴的轴肩处，并通过动力输入轴轴肩和动力输入轴上的键实现轴向及周向定位，所述第一试验样件同轴套装在第一试验样件承载架外部，第一试验样件挡盖安装在第一试验样件承载架的端面上，实现对第一试验样件挡盖的轴向固定；所述的第二试验样件组件包括第二试验样件、第二试验样件左端盖、第二试验样件右端盖和轴端挡圈，所述的第二试验样件左端盖和第二试验样件右端盖分别密封安装在第二试验样件两端；第二试验样件右端盖同轴套接在扭矩输出轴伸入密封腔组件内腔的端部，并通过扭矩输出轴的轴肩实现轴向固定；所述的轴端挡圈固连在扭矩输出轴上，同时压紧第二试验样件右端盖，通过压紧力实现对第二试验样件右端盖的周向固定；所述的扭矩信号采集组件包括扭矩信号耦合器、用于采集第二试验样件扭矩的信号采集模块、用于传递第二试验样件扭矩的扭矩输出轴、用于采集第一试验样件扭矩的应变片以及用于输入动力的动力输入轴，所述的矩信号耦合器安装在所述的扭矩耦合器支座上；所述的扭矩输出轴的一端伸入所述的密封腔组件内部后安装第二试验样件；所述的扭矩输出轴与所述的密封腔组件之间密封连接；所述的动力输入组件包括电机、电机支撑座、皮带轮、皮带和动力输入轴，电机轴伸与动力输入轴上各安装有皮带轮，两个皮带轮之间用皮带紧绷连接；所述的电机的轴伸通过皮带轮与所述的动力输入轴相连，电机安装在电机支撑座上保持与动力输入轴具有相同的中心高度；所述动力输入轴上键内配有用于测量动力输入轴上扭矩的应变片，所述的应变片与外部信号处理器电连。2.如权利要求1所述的基于水下的多功能仿生减阻测试装置，其特征在于：所述配水组件包括水槽、离心泵、进水管、出水管、排水管、涡轮流量计和球阀，所述离心泵的进水口通过管路引入所述的水槽中，所述的离心泵的出水口与所述的进水管的进水端相连，所述的进水管的出水端与所述的密封腔的进水口相连，所述的出水管的进水端与密封腔左端盖的试验出水管口相连，出水端引入所述的水槽内，所述排水管的进水端与密封腔体上的排水管口相连，出水端引入所述的水槽内，所述的试验出水管和排水管均由试验平台支架上的通孔支撑，整个试验过程实现测试用水的循环利用；所述的进水管路上设置有涡轮流量计，在进水管与出书管路上均设有球阀用来调节流量，整个进水管路由进水管支撑架支撑；配水组件的离心泵从水槽中抽取水通过进水管输送至密封腔体内，并通过进水管路上安装的球阀、涡轮流量计控制进水流量，进而控制第二试验样件上射流流速的大小。3.如权利要求1所述的基于水下的多功能仿生减阻测试装置，其特征在于：所述的信号采集模块包括扭矩输出轴、梅花型联轴器、扭矩耦合器、键槽板、扭矩耦合器支座、动力输入轴及其输入轴上的键和应变片，扭矩输出轴左端连接第二试验样件...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷云庆，牟介刚，施郑赞，王浩帅，周佩剑，吴登昊，郑水华，赵李盼，简捷，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33