[发明专利]平面超空泡发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体力学中流体压力的实验装置，尤其是涉及近水自由面的伴随超空泡产生的一种平面超空泡发生装置。

背景技术

当运动体入水速度足够大时，运动体头部附近的水压力会低于当地饱和蒸汽压力值，从而发生局部空化现象。当速度达到某一临界值时，运动体周围就会形成一个完全包围运动体的空泡，称为超空泡。由于超空泡中的混合气体密度明显低于水密度，因此，运动体在超空泡中的运动阻力将大大减小，超空泡的减阻特性由此显现。

超空泡技术将大大提高水下航行器的航行速度，这对于学科研究和国家超空泡及其在水下武器系统的应用都有重大意义。目前，国外对于此方面的研究技术比国内先进很多，在我国起步较晚，我国的流体力学和空化超空泡研究还在初步阶段，大部分研究均停留在基本的理论与小型试验阶段。在研究方法与内容方面，国内多采用水洞实验和数值仿真模拟来空泡形态、空化器对空泡形成的影响以及水下高速弹道的测量计算。水洞实验对于准确分析空泡形态有点难度，而且国内对于浅水以及不同水深度时高速物体运动流体特性还较少涉及，在用于研究水平运动的装置中更是无法进行物体的出入水实验而节省试验成本一器多用。而在常规的拖拽水槽里，因其运动速度较低，难以产生自然空化。 

发明内容

针对上述背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种平面超空泡发生装置，水箱限制了物体高速运动所产生的超空泡在水箱厚度方向上发展，从而形成二维的超空泡形态。

本发明采用的技术方案是：

水箱置于四根立柱间的下底板上，水箱上部用上盖板压住固定；水箱上、下分别有法兰孔，下法兰孔与球阀连接；水箱前面中部开孔后安装有机玻璃视窗板，水箱后面与有机玻璃视窗板相同位置，连接一块相同尺寸的钢板，钢板中间开有与水箱连通的水平长通槽，长通槽两侧对称位置分别开有导向槽；在两导向槽间装有小车装置，所述的小车装置包括四个滚珠轴承，小车面板，两根轴承连接棒，主连接棒和运动物体，两根轴承连接棒的两端分别装有滚珠轴承，滚珠轴承设置在钢板的两根导向槽中，两根轴承连接棒间装有小车面板，主连接棒的一端与小车面板连接，主连接棒的另一端安装有运动物体后经钢板中间的长通槽伸入水箱内，小车面板的一侧开有两个牵引孔，两根弹簧的一端分别与各自的牵引孔连接，另一端分别与立柱上的勾环连接，小车面板的另一侧向外依次设置启动挡板和开有复位孔；与装有勾环立柱相对的立柱上装有发射扳机和两个滑轮，发射扳机与长通槽同轴布置，两个滑轮分别位于发射扳机的下方，牵引绳的一端与小车面板上的复位孔连接，牵引绳的另一端经一个滑轮后固定在另一个滑轮上，水箱有机玻璃视窗板一侧外，安放高速摄影仪和照明灯，高速摄影仪的摄像头垂直对准长通槽水平中心轴处，高速摄影仪与工控计算机相连。

所述的运动物体为头部是斜线与水平成45°的运动物体、头部是圆头形的运动物体、头部是斜线与水平成30°的运动物体或头部是平头型的运动物体，以上运动物体的头部均朝向远离发射扳机的一侧。

长通槽和导向槽远离的发射扳机的一端分别安装由牛筋垫和硬质弹簧重叠而成的缓冲垫。

本发明具有的有益效果是：

本发明中的二维水箱限制了物体高速运动所产生的超空泡在水箱厚度方向上发展，从而形成二维的超空泡形态。在玻璃视窗中所出现的物体周围的超空泡气液两相流各种行为配合使用各种高级光学仪器，就可以灵活控制水位，研究近液面物体高速运动时其周围所产生的空泡形态发展特点。小车装置也可以良好的保证物体运动的直线性。而且由于小车与运动物体的连接灵活性，可以更换不同头型的高速运动物体来使实验数据更加完整，甚至可以直接将小车装置简化成为只有水中运动物体和主连接棒所组成的装置，直接将连接棒与弹簧相连进行试验，这样能减轻物体质量而使其得到更大的运动速度，其周围的运动现象也会更明显和清晰，便于观察。

附图说明

图1是本发明的前视结构示意图。

图2是本发明的右视结构示意图。

图3是本发明的后视结构示意图。

图4是图3小车装置的放大图。

图5是图4的左视图。

图6是图5中运动物体的各种形式；其中图6（a）的运动物体其头部斜线与水平成45°，图6（b）为圆头形的运动物体，图6（c）的运动物体其头部斜线与水平成30°，图6（d）为平头型运动物体。

图7是图3的A-A剖面图。

图8是图3发射扳机的放大图。

图9是图8的俯视图。

图10是图8的侧视图。