[发明专利]研究水下障碍流场干扰效应的实验装置及方法

权利要求书

1.一种水下障碍流场干扰效应的实验装置，包括水井、运动体、传感器、障碍物、示波器、绕线轮、缓冲垫、固定支架、刻度钢丝绳、调频电机、高速摄影机和支撑盖，所述的支撑盖覆盖水井井口，其中心开有与固定支架适配的孔，所述传感器安装在运动体头部，所述障碍物安装于运动体预定运动轨迹侧前方，所述运动体头部有两根钢丝绳牵引，钢丝绳绕过滑轮后合成一根；所述运动体至于水井内部，其尾部有一根钢丝绳牵引，钢丝绳绕在有一定阻尼的绕线轮上，电机固定在支撑盖上，电机与刻度钢丝绳尽量重合；所述高速相机选择合适的高度与参照物，对准所述刻度钢丝绳；所述缓冲垫置于运动体上方，固定于所述支撑盖中心开孔处，并开有合适的穿过运动体和钢丝绳的孔；所述示波器置于支撑盖上，示波器连接所述传感器。

2.如权利要求1所述一种水下障碍流场干扰效应的实验装置，其特征在于，所述传感器数量为三个，安装位置沿运动体头部中心线一侧一次排开，与中心体轴线夹角为15度、30度、60度。

3.如权利要求2所述一种水下障碍流场干扰效应的实验装置，其特征在于，所述的用于支撑的支撑盖正中开有可使支架放置的方形孔，所述可使支架放置的方形孔的尺寸为60cm*60cm；所述的调频电机优选转速范围为300～940r/min；所述缓冲层厚20cm，刻度钢丝绳的刻度单位为10cm；所述的示波器具有5G实时采样频率，优选四通道。

4.使用如权利要求1至3之一所述实验装置分析水下障碍流场干扰效应的方法，包括如下步骤:

步骤一，根据实验装置位置关系布设实验装置，其中，障碍物与运动体初始的垂直距离为4m，障碍物形状为圆形，尺寸为Φ200mm，运动体选用圆球形头部细长柱状体，总长为500mm，直径100mm；

步骤二，将调频电机调到合适的转速，使得刻度钢丝绳的线速度满足实验需要，电机与调频器相互配合使用，通过电机轴上绕线轮的直径，推算出电机的转速；

步骤三，开启调频电机的同时触发数据采集仪与高速摄影仪，高速摄影仪通过拍摄刻度钢丝绳的运动状态，记录每一时刻的运动体速度与位置，采用数据采集仪实时记录传感器的压力变化；

步骤四，根据研究需要，改变障碍物与运动体的相对位置或改变运动体的速度，重复步骤二、三，记录不同工况下的实验数据；

步骤五，将不同工况下传感器的压力变化进行对比，得到障碍物对运动体头部传感器处的流场干扰规律。