一种水洞实验用新型回转体减阻试验模型

摘要

本发明公开了一种分段加工、后段支撑的水洞实验用新型回转体减阻试验模型。该试验模型由头部曲线段、圆柱段、支撑段和尾锥曲线段四部分组成。脊状结构加工在圆柱段的外表面上。试验模型采用后段支撑，模型支撑段与支撑固定连接。模型头部曲线段与圆柱段之间、圆柱段与支撑段之间、支撑段与尾锥曲线段之间都采用较易实现的螺纹连接。避免了整体实验模型在试验过程中更换模型带来的定位装夹误差、减小了支撑杆对脊状表面流场的影响，同时提高了试验时允许的水流速度，增加了实验研究的可比性和准确性。这种结构的回转体试验模型，模型头部曲线段、支撑段、尾锥曲线段不需要重复加工，大幅度减少了加工费用，缩短了加工周期。

说明书

技术领域

本发明涉及水下航行器减阻降噪实验技术，具体地说，涉及一种水洞实验用新型回转体减阻试验模型。

背景技术

湍流减阻技术的重要性日渐突出，国内外在该方面都进行了许多试验研究。当前，水下减阻技术的应用对象主要是水下航行器，水下航行器的形状多为回转体，而在减阻技术实验研究方面的试验模型多为平板模型或者翼型，不能较为准确的模拟水下航行器的流场以及其受力情况，试验所得数据有一定的局限性。

实验需要一系列具有各种形状、不同尺寸脊状结构的试验模型，而且要求不同的试验模型除脊状结构外的其它部分尽可能的具有一致性。现有的回转体试验模型主要有两种类型，一种是整体加工成型，脊状结构加工在模型中部的圆柱段表面上，支撑机构位于圆柱段中部；另一种为分段加工、采用尾部支撑结构，脊状结构加工在模型中部的圆柱段表面上。两种减阻试验模型均存在一定的缺陷。

中部支撑整体的回转体试验模型存在以下缺陷：(1)由于加工条件的限制使得不同模型的头部、头部与中部连接处并不能完全保证一致；(2)试验过程中更换模型时，存在着模型重新定位导致的装夹误差，因此不同模型在流场中的位置无法保证完全一致，从而也导致不同模型试验状态不能一致，降低了试验结果的可比性；(3)模型与外部试验装置的连接位于模型中部，在一定程度上也影响了模型中部脊状结构区域的流场。

尾支撑结构回转体试验模型存在以下缺陷：由于模型较长，而且支撑结构靠后半部份，容易导致航行器装夹不稳定。实验时，若水流速较高，航行器容易产生振动现象，严重影响流场的分布，导致测量结果出现严重偏差，因而无法做高速实验。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种分段加工、后段支撑的水洞实验用新型回转体减阻试验模型。

所述的新型回转体减阻试验模型，依次由头部曲线段、圆柱段、支撑段和尾锥曲线段四部分组成。脊状结构加工在圆柱段的外表面上。试验模型采用后段支撑，模型支撑段与支撑固定连接。考虑到航行器试验模型为回转体，模型头部曲线段与圆柱段之间、圆柱段与支撑段之间、支撑段与尾锥曲线段之间都采用较易实现的螺纹连接。

为了使模型头部层流边界层缩短，使模型圆柱段处流场充分达到湍流，同时也使模型头部加工简单，头部曲线段采用半圆弧线型。为了避免流动在尾部发生分离，使模型表面流场稳定，尾锥曲线段采用双参数曲线线型。圆柱段作为试验段，其外表面上可以加工各种形状、各种尺寸的脊状结构，进行流场测试。支撑段位于圆柱段之后、尾锥曲线段之前，主要完成对模型的支撑固定功能。

所述的支撑段整体做成圆柱状，与支撑连接处锪一矩形平台，再打一定位孔，便于和支撑连接。支撑段与圆柱段连接端做成外螺纹，与尾锥曲线段做成内螺纹。

为了提高对比试验的准确性，在进行不同脊状结构试验时，使用同样的头部曲线段、支撑段及尾锥曲线段，只需更换圆柱段。同时，由于不更换支撑段，此方法还可保证每次试验时航行器姿态相同。

由于采用后段支撑，模型质量越小，试验过程中模型姿态越容易保持，因此模型材料选用轻铝型材。另外，圆柱段亦可加工成空心管状，可以减轻模型质量。

本发明提出的分段加工、后段支撑回转体脊状表面减阻试验模型，避免了整体实验模型试验过程中更换模型带来的定位装夹误差、减小了支撑杆对脊状表面流场的影响，同时提高了试验时允许的水流速度，增加了试验研究的可比性和准确性。另外，与现有的回转体试验模型相比，试验模型头部曲线段、支撑段、尾锥曲线段不需要重复加工，因此大幅度减少了加工费用，缩短了加工周期。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细描述。

附图说明

1.头部2圆柱段3.支撑段4.尾锥段5.密封垫圈

图1.是公知的中间部位固定的回转体模型示意图。

图2.是公知的尾部部位固定的回转体模型示意图。

图3.是本发明新型回转体减阻试验模型装配图。

图4.是本发明新型回转体减阻试验模型头部示意图。

图5.是本发明新型回转体减阻试验模型圆柱段示意图。

图6.是本发明新型回转体减阻试验模型圆柱段表面局部放大图。

图7.是本发明新型回转体减阻试验模型支撑段主视图。

图8.是本发明新型回转体减阻试验模型支撑段左视图。

图9.是本发明新型回转体减阻试验模型支撑段俯视图。

图10.是本发明新型回转体减阻试验模型尾锥段示意图。

具体实施方式

如图3所示，本发明新型回转体减阻试验模型依次由头部曲线段、圆柱段、支撑段和尾锥曲线段四部分组成。脊状结构加工在圆柱段2的外表面上。试验模型采用后段支撑，模型支撑段3与支撑固定连接。所述航行器试验模型为回转体，试验模型头部1与圆柱段2采用螺纹连接、圆柱段2与支撑段3之间采用螺纹连接、支撑段3与尾锥段4之间亦采用较易实现的螺纹连接。螺纹连接处均使用密封垫圈5进行密封。

如图4所示，试验模型头部1采用半圆弧线形，其目的是为了使模型头部层流边界层缩短，使试验模型圆柱段2处流场充分达到湍流，同时也使试验模型头部加工简单。如图10所示，尾锥段曲线采用双参数曲线线型，其目的是为了避免流动在尾部发生分离，使模型表面流场稳定。圆柱段2作为主要试验段，其外表面上可以加工各种形状、各种尺寸的脊状结构，进行流场测试。圆柱段2形状如图5所示，脊状表面结构如图6所示。支撑段3位于圆柱段2之后、尾锥段4之前，主要完成对模型的支撑固定功能。

如图7所示，支撑段3整体做成圆柱状，与支撑连接处锪一矩形平台，再打一定位孔，以便于和支撑连接。试验模型支撑段3左视图如图8所示，俯视图如图9所示。支撑段3与圆柱段2连接端做成外螺纹，与尾锥段4做成内螺纹。

在进行不同脊状结构试验时，为了更换模型的方便以及提高对比试验的准确性和可比性，可使用同样的头部1、支撑段3及尾锥段4，只需更换试验模型圆柱段2。在试验时，由于不更换支撑段3，此方法还可保证每次试验时航行器姿态相同。

由于采用后段支撑模型质量可以很小。模型质量越小，试验过程中模型姿态越容易保持，因此模型材料选用轻铝型材。为减轻其模型质量，圆柱段2亦加工成管状。