[发明专利]研究水下障碍流场干扰效应的实验装置及方法

说明书

本发明提供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。通过调节运动体在水中运动的速度，并放置不同的障碍物，最终获取与运动体头部压力变化信息，运动体的速度以及运动体与障碍物的相对距离信息。通过对比在无障碍物与有障碍物工况下的压力变化曲线，得到水下障碍不同特征参量对运动体头部流场的干扰效应。

技术领域

本发明涉及一种研究水下障碍流场干扰效应的实验装置及方法，尤其涉及到非声探测领域以及基于水下运动体周遭流场信息探测领域的一种障碍流场干扰效应的实验装置及方法，属于水下流场探测技术领域。

背景技术

水下探测技术的发展是水中对抗、海洋环境监测与资源开发等领域发展的重要支撑。现有基于水声探测原理的水下探测技术存在着固有的局限，很难满足未来复杂水下对抗环境的探测需求。基于水流场信息的新原理非声探测技术，可有效地弥补现有声探测技术的局限，是水下探测技术发展的新方向。

目前的非声探测主要有磁场探测、激光探测、尾迹特征探测、电场探测、温度场探测等手段。美国、俄罗斯及一些西方发达国家在上世纪70年代就已开始重视并开展了这方面的多种探测手段研究与实验，不断取得进展与突破，随着新技术的快速发展，非声探测探测技术也快速发展。在基于水流场探测领域的相关研究中，研究者们主要侧重于传感器方面的研制，对基于复杂流场中目标信息与压力场相关性的研究相对较少，也并未有一种有效的实验方法来研究障碍物对运动体流场的干扰效应，从而严重限制了该新型原理的应用与发展。因此，探寻一种有效的实验手段用以研究水下障碍流场干扰效应，不仅能够填补国内研究的空白，更进一步的还能够为后续有关基于水流场信息探测的研究工作起到数据支撑作用。为此我们发明了一种新的研究水下障碍流场干扰效应的实验装置及方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明公开的研究水下障碍流场干扰效应的实验装置及方法，要解决的技术问题是可调节运动体在水中运动的速度，并可以相对于运动体的运动路线放置不同的障碍物，最终可获取与运动体头部压力变化信息，运动体的速度以及运动体与障碍物的相对距离信息。通过对比在无障碍物与有障碍物工况下的压力变化曲线，得到水下障碍不同特征参量对运动体头部流场的干扰效应。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

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，用于记录每一时刻刻度钢丝绳的运动状态。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。

优选的，为了较好的得到流场反馈数据，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，如图2所示。

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。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。

为保证观测的实验数据准确，高速摄影仪尽量与刻度钢丝绳垂直。

基于上述的实验装置实现的本发明公开的一种研究水下障碍流场干扰效应的实验方法，包括如下步骤，