本发明专利技术提出了一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置，属于深水进水实验领域。解决现有深水实验方法研究困难、成本昂贵以及无法在浅水中有效模拟深水环境的压力差导致实验结果不可靠的问题。它包括进水控制组件、浮力控制系统、压力控制系统、实验水箱、实验仓和控制器，实验仓外壁设有进水控制组件用于改变进水破口的大小，浮力控制系统与实验仓相连用于调整实验仓在水中的姿态，压力控制系统与实验仓相连用于调节实验仓内部压力，实验仓容置在实验水箱内，进水控制组件、浮力控制系统和压力控制系统均与控制器电性连接。它主要用于模拟深水破口进水实验。主要用于模拟深水破口进水实验。主要用于模拟深水破口进水实验。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置
[0001]本专利技术属于深水进水实验领域，特别是涉及一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置。
技术介绍
[0002]潜艇是一种重要的海洋工程设施，常常需要在深海环境下执行任务。由于深海环境下水压极高，潜艇的耐压壳体承担着非常重要的作用，如果耐压壳体出现破损，可能会导致海水进入潜艇，造成安全事故，所以对于结构的进水研究领域一直是国内外科研人员研究的重点。结构进水过程复杂，需要考虑外界多种因素，结构物破口尺寸、结构内外表面压力差以及进水口的位置等等。在浅水中结构进水与深水中结构进水有很大不同的是，深水结构物的进水过程很大程度上被结构物内外压力差所主导。目前对于，浅水中结构进水问题的研究，国内外人员利用理论、数值及实验均取得了很大进展。但对于深水中结构进水过程的研究还未取得突破性进展。随着海洋资源的开发，大水深、战略纵深大的潜艇的研制，以水中兵器为主的深水结构物进水研究，逐渐成为科研领域的重点。
[0003]结构在深水中进水过程复杂，这涉及到气体、液体以及结构之间的耦合作用，深水中结构内外压力差是结构物进水的关键因素。对于结构进水问题的研究，有学者利用理论方法，通过数学模型研究了破口参数与进水量之间的关系。也有学者利用数值与实验相结合的方法研究了有空气的破损模型的进水过程。还有部分学者考虑了多种载荷联合作用下，分析了破损船体进水过程。显然的是，以上方法虽然免去了实验研究，大大减少了经费及人员问题，但同样也没有将深水中的压力差载荷考虑进去，需要对深水中结构进水进一步研究。同时由于数值模拟时并不能兼顾全部的影响因素，故也不能很好的对结构物进水过程的问题进行研究。以上的数值模拟和实验方法对深水下结构进水问题难以探究，需要一种能够针对深水中结构进水问题的有效的实验方法，并与数值模拟方法相配合，达到对深水下结构物入水问题的研究。
[0004]针对深水下结构的进水问题实验研究，对其提出以下几点不足：
[0005]首先，深海实验价格昂贵，并对实验实验场地、实验设备要求苛刻，暂时还没有较好的方法能够对其进水过程观察，实验难以开展成功；
[0006]其次，小尺度的结构进水实验研究，大多数研究重点放在浅水中结构进水的研究，同时设备昂贵，不能很好的观察结构进水过程；
[0007]再者，对于利用缩比模型来研究结构进水问题，缺乏有力的理论依据，同时只考虑了单一结构破口的工况，没有实现同一套装置满足多种进水工况的需求。
技术实现思路
[0008]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置,以解决现有深水实验方法研究困难、成本昂贵以及无法在浅水中有效模拟深水环境的压力差导致实验结果不可靠的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置，包括进水控制组件、浮力控制系统、压力控制系统、实验水箱、实验仓和控制器，所述实验仓外壁设有进水控制组件用于改变进水破口的大小，所述浮力控制系统与实验仓相连用于调整实验仓在水中的姿态，所述压力控制系统与实验仓相连用于调节实验仓内部压力，所述实验仓容置在实验水箱内，所述进水控制组件、浮力控制系统和压力控制系统均与控制器电性连接。
[0010]更进一步的，所述浮力控制系统包括空压机、软管和浮筒，所述浮筒设置有多个，多个浮筒设置实验仓外壁上，在所述空压机的输出端通过软管与每个所述浮筒相连。
[0011]更进一步的，所述压力控制系统为带有压力表盘的压力泵，所述压力泵与实验仓相连。
[0012]更进一步的，所述实验装置还包括光源和摄像设备，所述光源用于照射进水控制组件，所述摄像设备用于拍摄进水控制组件处进水情况。
[0013]更进一步的，所述光源为强光照明设备。
[0014]更进一步的，所述摄像设备为高速摄像头。
[0015]更进一步的，所述进水控制组件为虹膜机械装置并包括底板、固定圈、叶片、固定圈外齿轮、固定圈内齿轮和叶片齿轮，所述底板为圆盘状并在圆心位置设置有第一破口，所述底板与实验仓相连，所述底板外圈转动设置固定圈，所述底板上转动设置多个叶片，所述固定圈外边缘设置固定圈外齿轮，所述固定圈内圈设置固定圈内齿轮，每个所述叶片的端部设置叶片齿轮，全部所述叶片齿轮均与固定圈内齿轮相啮合，全部所述叶片用于在固定圈转动时随动来改变对第一破口的遮蔽面积，所述固定圈外齿轮设有配套齿轮电机驱动。
[0016]更进一步的，所述固定圈为分体式并通过螺栓组固定。
[0017]更进一步的，每相邻两个所述叶片交错布置。
[0018]更进一步的，所述进水控制组件为电磁铁滑块装置并包括电磁底座、电磁滑块和弹簧，所述电磁底座与实验仓相连，所述电磁底座上设置第二破口，所述电磁滑块滑动连接在电磁底座上，所述拉伸弹簧两端分别与电磁滑块一侧端面和相应侧的电磁底座侧壁相连，所述电磁滑块用于在电磁底座通电时覆盖第二破口并拉伸弹簧、电磁底座断电时电磁滑块在弹簧拉动作用下动作使第二破口暴露。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1、本实验装置通过推导了缩比模型来计算压力差的相似性原理，发现了深水中影响破口进水速度的决定性因素，并基于此发现设置了本实验装置的简单结构，能够解决现有的实验方法开展深水结构进水过程实验研究困难、成本昂贵的问题，能够节约大量的人力、物力和财力；
[0021]2、本实验装置通过设置进水控制组件，能够在短时间内探究多种结构进水过程的工况，实验效率得到提升；
[0022]3、本实验装置通过控制实验仓内外压力差来模拟深水下带来的压力差，基于Fr准数相似也能够使得结构进水实验结果更为可靠，使得在浅水中进行实验节约人力物力和财力的前提下得到同样准确的实验结果成为可能。
附图说明
[0023]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0024]图1为本专利技术所述的一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术所述的虹膜机械装置在闭合状态下的主视图；
[0026]图3为本专利技术所述的虹膜机械装置在闭合状态下的立体结构示意图；
[0027]图4为本专利技术所述的虹膜机械装置在开启状态下的主视图；
[0028]图5为本专利技术所述的虹膜机械装置在开启状态下的立体结构示意图；
[0029]图6为本专利技术所述的底板的立体结构示意图；
[0030]图7为本专利技术半个所述的固定圈的立体结构示意图；
[0031]图8为本专利技术所述的叶片的立体结构示意图；
[0032]图9为本专利技术所述的叶片的侧视分布结构示意图；
[0033]图10为本专利技术所述的电磁铁滑块装置的立体结构示意图。
[0034]底板1；固定圈2；叶片3；固定圈外齿轮4；固定圈内齿轮5；叶片齿轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置，其特征在于：包括进水控制组件(15)、浮力控制系统(16)、压力控制系统(17)、实验水箱(18)、实验仓(23)和控制器(24)，所述实验仓(23)外壁设有进水控制组件(15)用于改变进水破口的大小，所述浮力控制系统(16)与实验仓(23)相连用于调整实验仓(23)在水中的姿态，所述压力控制系统(17)与实验仓(23)相连用于调节实验仓(23)内部压力，所述实验仓(23)容置在实验水箱(18)内，所述进水控制组件(15)、浮力控制系统(16)和压力控制系统(17)均与控制器(24)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置，其特征在于：所述浮力控制系统(16)包括空压机(21)、软管(22)和浮筒(25)，所述浮筒(25)设置有多个，多个浮筒(25)设置实验仓(23)外壁上，在所述空压机(21)的输出端通过软管(22)与每个所述浮筒(25)相连。3.根据权利要求1所述的一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置，其特征在于：所述压力控制系统(17)为带有压力表盘的压力泵，所述压力泵与实验仓(23)相连。4.根据权利要求1、2或3所述的一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置，其特征在于：所述实验装置还包括光源(19)和摄像设备(20)，所述光源(19)用于照射进水控制组件(15)，所述摄像设备(20)用于拍摄进水控制组件(15)处进水情况。5.根据权利要求4所述的一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置，其特征在于：所述光源(19)为强光照明设备。6.根据权利要求4所述的一种模拟深水中静水压力差作用下结构进水的实验装置，其特征在于：所述摄像设备(20)为高速摄像头。7.根据权利要求1、2、3、5...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘云龙，高永强，张阿漫，田昭丽，王诗平，明付仁，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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