一种多工况下螺旋桨尾流场测量系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种多工况下螺旋桨尾流场测量系统，包括水槽、顶横杆、中横杆、底横杆、第一步进电机、第二步进电机，水槽上方的左侧安装第一导轨，槽上方的右侧安装第二导轨，第一导轨上安装第一拖车，第二导轨上安装第二拖车，第一拖车上方固定第一上连接杆，第二拖车上方固定第二上连接杆，第一上连接杆和第二上连接杆上固定有顶横杆，顶横杆下方设置中横杆，中横杆下部固定连接有第一下连接杆和第二下连接杆，第一下连接杆和第二下连接杆的底部固定连接底横杆，水槽一侧固定有固定顶板，固定顶板连接有支撑杆，支撑杆上装有反光镜。本发明专利技术不仅适用于螺旋桨动态运动下尾流场的测量，同时也适用于无特殊运动形式的常规螺旋桨尾流场测量。

A Measuring System for Propeller Wake Flow Field under Multi-working Conditions

The object of the present invention is to provide a measuring system for propeller wake flow field under multi-working conditions, including a water tank, a top cross bar, a middle cross bar, a bottom cross bar, a first step motor and a second step motor. The first guide rail is installed on the left side above the water tank, the second guide rail is installed on the right side above the tank, the first trailer is installed on the first guide rail, and the second one is installed on the second one. A second trailer is installed on the guide rail. The first upper connecting rod is fixed on the upper part of the first trailer. The second upper connecting rod is fixed on the upper part of the second trailer. The first upper connecting rod and the second upper connecting rod are fixed on the top horizontal rod. The middle horizontal rod is fixed on the lower part of the top horizontal rod. The first lower connecting rod and the second lower connecting rod are fixed on the lower part of the middle horizontal rod. The bottom of the connecting rod and the second lower connecting rod are fixedly connected with the bottom transverse rod, the fixed roof is fixed on one side of the water tank, the fixed roof is connected with the supporting rod, and the supporting rod is equipped with a reflecting mirror. The invention is not only suitable for measuring the wake field of propeller under dynamic motion, but also suitable for measuring the wake field of conventional propeller without special motion form.

【技术实现步骤摘要】
一种多工况下螺旋桨尾流场测量系统
本专利技术涉及的是一种流场测量系统，具体地说是螺旋桨尾流场测量系统。
技术介绍
螺旋桨推进作为目前船舶的主要推进方式，是各国学者研究的重点。螺旋桨的尾流因其与螺旋桨空泡、噪声以及结构问题等有关，也一直是各大研究机构的研究热点。随着人们对实际工况条件下螺旋桨运动性能的要求越来越高，预测真实条件下螺旋桨随船运动比如升沉，以及操舵状态时的水动力性能的要求被进一步提出。计算流体力学(CFD)因有成本低、速度快、资料完备且可模拟各种不同的工况等独特的优点而倍受青睐，然而其计算结果的可靠性问题也比较突出。PIV(ParticleImageVelocimetry,粒子图像测速)技术因为其测量流场的无干扰、瞬态和全场速度测量的特点，近年来备受关注。像PIV这样强大的实验测试技术，可以作为在现有的计算模型存在不足或缺少模型的基础上用于验证模型或作为发现新的物理现象的重要工具。目前国内外关于螺旋桨非设计工况下的尾流场PIV测量的记录十分少见。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于PIV技术的一种多工况下螺旋桨尾流场测量系统。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种多工况下螺旋桨尾流场测量系统，其特征是：包括水槽、顶横杆、中横杆、底横杆、第一步进电机、第二步进电机，水槽上方的左侧安装第一导轨，槽上方的右侧安装第二导轨，第一导轨上安装第一拖车，第二导轨上安装第二拖车，第一拖车上方固定第一上连接杆，第二拖车上方固定第二上连接杆，第一上连接杆和第二上连接杆上固定有顶横杆，顶横杆上安装第一步进电机，第一步进电机底部连接丝杠，顶横杆下方设置中横杆，中横杆中部设置螺纹孔，中横杆的两端均设置圆孔，丝杠穿过螺纹孔并与螺纹孔相配合，第一上连接杆和第二上连接杆分别穿过中横杆两端的圆孔，中横杆的一侧固定有连接板，连接板底部固定有连接片，连接片下部分别安装第一滑杆、第二滑杆，第一滑杆通过激光器底座安装激光器，第二滑杆通过相机底座安装相机，中横杆下部固定连接有第一下连接杆和第二下连接杆，第一下连接杆和第二下连接杆的底部固定连接底横杆，底横杆上安装角度仪，角度仪上方安装第二步进电机，角度仪下方连接螺旋桨系统，水槽一侧固定有固定顶板，固定顶板下部连接有支撑杆，支撑杆下端固定在固定底座上，支撑杆上装有反光镜。本专利技术还可以包括：1、激光器底座可在第一滑杆上转动，相机底座可在第二滑杆上转动。2、反光镜可配合激光器的转动绕支撑杆转动。3、当测量螺旋桨尾流场横向截面流场时，激光器的打光角度平行于螺旋桨盘面；当测量螺旋桨尾流场纵向截面流场时，激光器打光到反光镜上，调整反光镜的角度，利用反光镜将激光反射到螺旋桨尾流场的不同纵向截面位置。本专利技术的优势在于：本专利技术采用编码器与步进电机相结合的形式，实现了模型的动态运动(包括升沉运动和操舵运动)，结构简单，操作方便。本专利技术中的中横杆巧妙的将轨道上的拖车系统与相机-激光器设备串联在了一起，可以实现测量设备与待测模型的完全同步运动。相机-激光器设备的转动调节角度功能，可以实现多角度多方位全流场测量，大大的节约了更换和调试设备的时间成本，提高了测量效率，且结构简单可行性高。采用编码器-步进电机-丝杆的特殊结构巧妙的实现了螺旋桨系统的升沉运动形式。本专利技术不仅适用于螺旋桨动态运动下尾流场的测量，同时也适用于无特殊运动形式(不需开启编码器和步进电机)的常规螺旋桨尾流场测量。本专利技术最大化的实现了装置的利用率，大大节约了成本，并且操作简单测量效率高，易于加工和推广，能有效解决螺旋桨非设计工况下复杂尾流场的PIV测量难题，同时也能解决螺旋桨尾流场PIV测量中全方位流场测量的难题。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的局部示意图；图3为测量激光光路示意图。具体实施方式下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：结合图1-3，本专利技术包括长方体水槽1，水槽1由透光性较好的有机玻璃制成，其上方左侧装有导轨2，右侧装有导轨16，两侧导轨上装有拖车7和拖车14，拖车系统通过可控的齿轮电机来达到预定的拖曳速度。拖车7和拖车14上方分别固定连接有上连接杆6上连接杆15，上连接杆顶端固定连接有顶横杆5，顶横杆5上连接有步进电机3，步进电机3上装有编码器4，步进电机3底部连接有丝杆31，丝杆31上装有中横杆30，中横杆30中间设有螺纹孔且两端分别设有穿过上连接杆的光滑圆孔，中横杆30可在上连接杆上无摩擦滑动。螺旋桨系统24的升沉运动形式通过输入运动方程的形式写入编码器4，编码器4控制步进电机3，步进电机3通过控制丝杆31的旋转速率，实现中横杆30的升沉运动形式。中横杆30一侧固定连接有连接板8，连接板8底部固定连接有连接片9，连接片9下部装有滑杆18和滑杆19，滑杆18上装有激光器底座23，激光器底座23上安装有激光器22，激光器底座23可在滑杆18上转动，从而实现不同的激光器打光角度。滑杆19上装有相机底座20，相机底座20上安装有相机21，相机底座20可在滑杆19上转动，从而实现不同的相机拍摄角度。中横杆30下部固定连接有下连接杆17和下连接杆29，下连接杆底部固定连接有底横杆25，底横杆25上装有角度仪26，角度仪26上方装有步进电机27，步进电机27上装有编码器28，角度仪26下方连接有螺旋桨系统24，螺旋桨系统24包含有螺旋桨、舱体和支架，角度仪26可以实时显示并监测螺旋桨系统24的操舵角度。螺旋桨系统24的操舵运动形式通过输入运动方程的形式写入编码器28，编码器28控制步进电机27，从而实现螺旋桨系统24的操舵运动。水槽1一端固定装有固定顶板10，固定顶板10下部连接有支撑杆12，支撑杆12下端固定在固定底座13上，支撑杆12上装有反光镜11，反光镜11可绕支撑杆12转动，配合激光器22的转动，从而反射出不同角度的激光，实现对不同纵剖面的螺旋桨尾流场测量。图中所有与所述中横杆30相连的测量设备均可随中横杆30一起做升沉运动，图中所有与拖车直接或间接相连的测量设备均可随拖车系统一起运动，需要说明的是，本专利技术涉及的控制螺旋桨转速的电机和测量螺旋桨推力和扭矩的测力天枰均包含在螺旋桨系统24的舱体内。本测量系统既可以测量螺旋桨尾流场的横向截面流场，也可以测量螺旋桨尾流场的纵向截面流场。本测量系统同时可以进行不同工况下的螺旋桨尾流场测量，包括：直航状态时不同进速系数下的常规螺旋桨尾流场测量、操舵状态下螺旋桨尾流场测量、以及升沉运动状态下螺旋桨尾流场测量。当测量螺旋桨尾流场横向截面流场时，激光器22的打光角度应当平行于螺旋桨盘面；当测量螺旋桨尾流场纵向截面流场时，激光器22应当打光到反光镜11上，调整反光镜11的角度，利用反光镜11将激光反射到螺旋桨尾流场的不同纵向截面位置。下面以测量升沉运动状态下的螺旋桨尾流场为例来进行测量方法的说明。首先根据测量工况选定需要测量的截面，进行测量系统的标定。将相机21和激光器22调整到合适的测量位置和测量角度，开启激光器22。启动控制螺旋桨转速的电机，将螺旋桨转速调到预定值，将待测模型的升沉运动规律通过输入运动方程的形式写入编码器4，启动步进电机3，使待测模型按一定的规律进行升沉运动。启动拖车系统，并按一定航速进行行驶，待拖车系统航速稳定之后开启相机21进行拍摄，待拖车停止即关闭相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多工况下螺旋桨尾流场测量系统，其特征是：包括水槽、顶横杆、中横杆、底横杆、第一步进电机、第二步进电机，水槽上方的左侧安装第一导轨，槽上方的右侧安装第二导轨，第一导轨上安装第一拖车，第二导轨上安装第二拖车，第一拖车上方固定第一上连接杆，第二拖车上方固定第二上连接杆，第一上连接杆和第二上连接杆上固定有顶横杆，顶横杆上安装第一步进电机，第一步进电机底部连接丝杠，顶横杆下方设置中横杆，中横杆中部设置螺纹孔，中横杆的两端均设置圆孔，丝杠穿过螺纹孔并与螺纹孔相配合，第一上连接杆和第二上连接杆分别穿过中横杆两端的圆孔，中横杆的一侧固定有连接板，连接板底部固定有连接片，连接片下部分别安装第一滑杆、第二滑杆，第一滑杆通过激光器底座安装激光器，第二滑杆通过相机底座安装相机，中横杆下部固定连接有第一下连接杆和第二下连接杆，第一下连接杆和第二下连接杆的底部固定连接底横杆，底横杆上安装角度仪，角度仪上方安装第二步进电机，角度仪下方连接螺旋桨系统，水槽一侧固定有固定顶板，固定顶板下部连接有支撑杆，支撑杆下端固定在固定底座上，支撑杆上装有反光镜。

【技术特征摘要】
1.一种多工况下螺旋桨尾流场测量系统，其特征是：包括水槽、顶横杆、中横杆、底横杆、第一步进电机、第二步进电机，水槽上方的左侧安装第一导轨，槽上方的右侧安装第二导轨，第一导轨上安装第一拖车，第二导轨上安装第二拖车，第一拖车上方固定第一上连接杆，第二拖车上方固定第二上连接杆，第一上连接杆和第二上连接杆上固定有顶横杆，顶横杆上安装第一步进电机，第一步进电机底部连接丝杠，顶横杆下方设置中横杆，中横杆中部设置螺纹孔，中横杆的两端均设置圆孔，丝杠穿过螺纹孔并与螺纹孔相配合，第一上连接杆和第二上连接杆分别穿过中横杆两端的圆孔，中横杆的一侧固定有连接板，连接板底部固定有连接片，连接片下部分别安装第一滑杆、第二滑杆，第一滑杆通过激光器底座安装激光器，第二滑杆通过相机底座安装相机，中横杆下部固定连接有第一下连接杆和第二下连接杆，第一下连接杆和第二下连接杆的底部固定连接底横杆，底横杆上安装角度仪，角度仪上方安装第二步进电机，角度仪下方连接螺旋桨系统，水槽一侧固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恋舟，郭春雨，薛嵘，徐佩，赵大刚，宋妙妍，张东汗，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23