[实用新型]一种超空泡试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及流体力学领域，尤其是涉及一种超空泡试验装置。 

背景技术

水下运动物体的减阻一直都是各个国家研究的重点，目前水下运动物体阻力减少的方法很多，包括超空泡减阻方法。当水下运动体的外表面被空泡包裹，只有小部分与水直接接触时，其所受的流体阻力显著下降，运动速度大幅提高，这种利用空泡来实现减阻的技术就是超空泡技术。超空泡运动体的总阻力系数比常规全沾湿运动体的阻力系数可降低一个数量级。阻力的大幅度降低将带来水中运动体运动速度的大幅提高。 

俄罗斯、美国、德国等发达国家都非常重视超空泡形成及其减阻机理研究。常规风洞内的流动介质是空气，无法模拟水汽气多相流动，而水洞中的水流速度很低，根本无法产生自然超空泡，这些设备都极大的制约了水下运动体减阻研究的发展。 

目前该类试验均采用水平发射的试验装置，但是水平试验装置只能往水平方向发射模型用于模拟全水下运动物体的水平航行，无法模拟入水状态，而且模型撞击入水时会出现水排出的现象，影响入水时的流场均匀性和稳定性，使得试验结果不能完美呈现。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种超空泡试验装置，采用高压空气驱动小尺寸试验模型，将试验模型直接发射入水，使模型表面实现自然超空泡，通过高速摄像系统及其图像处理软件，对获得的模型表面超空泡流场进行判读和分析，计算形态和阻力等各种参数，以满足自然超空泡减阻试验研究的目的。 

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

一种超空泡试验装置，包括发射枪、发射枪保护罩、龙门架、水箱、水箱底座、空气压缩机、高速摄像机、可调节支架和高压软管，所述发射枪通过高压软管与空气压缩机连接，发射枪固定在龙门架顶部，枪口向着水箱中央水面位置；所述水箱固定在水箱底座上，水箱底座上设置有滚轮和调节螺栓，使得水箱能沿着水平方向或垂直方向运动；所述高速摄像机设置在可调节支架上，所述发射枪的启动装置与高速摄像机的触发开关通过控制系统连接在一起，实现发射与摄像采集同步，所述发光刻度线一端连接在发射枪枪口外表面，刻度线另一端连接一个铅锥球垂直进入水箱。

在上述技术方案中，所述发射枪为高压空气发射枪，所述高压空气发射枪为卷钉枪。 

在上述技术方案中，所述发射枪的的枪管上设置有泄压孔。 

在上述技术方案中，所述发射枪枪管距发射枪口20mm内的管壁上设置有若干个泄压孔。 

在上述技术方案中，发射枪管内通道的侧壁上设置环状模型固定点。 

在上述技术方案中，所述发射枪管内通道的上部设置有环状模型固定点。 

在上述技术方案中，所述环状模型与枪管内侧壁之间采用胶粘的方式固定。 

在上述技术方案中，所述环状模型尾缘与该环状固定点进行粘结。 

在上述技术方案中，所述可调节支架设置有三层，每层支架的距离为可调节。 

在上述技术方案中，所述设置在可调节支架上的摄像机有三部，每一部摄像机各自设置在一层支架上。 

本技术方案利用空气压缩机产生的高压空气驱动小尺寸射弹实验模型，将其垂直发生入水，依靠射弹在入水时的较高速度从而产生自然超空泡，沿射弹实验模型运动方向对实验水箱进行尺寸标定，采用高速摄像实验技术对超空泡形态进行拍摄，利用图像判读技术计算射弹入水前的运动速度和在水中的运动速度，为进一步分析射弹入水的超空泡减阻特性打下基础。 

利用软件编写高速摄像系统的图像判读和处理程序，对实验所获得的高速摄像照片进行定量的处理。首先，根据射弹实验模型运动方向上的标尺刻度，标定实验照片像素和射弹实验模型位移之间的关系。然后，在此基础上进行射弹实验模型运动速度和加速度等参数的计算。最后，根据前面获得的各种参数，对入水射弹实验模型的减阻特性进行分析 

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

该装置的优点就是可以直接模拟射弹的入水状态，不存在水排出的现象，也没有流场受到外界干扰的问题，而且发射枪喷出的高压空气提前从枪管侧壁泄出，不会直接射到水面上影响试验流场，保证了测量区域的稳定性。模型发射没有采用弹托方式，可以避免弹托入水对试验流场的破坏和干扰，保证了试验流场的稳定性。试验模型发射与高速摄影采集同步，可以大大减少浪费的照片存储空间，从而大大延长有效的拍摄记录时间，这样相应可将照片的分辨率调至最大，使拍摄的效果更加完美。