[发明专利]一种用于测量水下航行体阻力的单摆式天平

说明书

本发明提出一种用于测量水下航行体阻力的单摆式天平。本发明包括钢丝，平板，水翼，单摆机构，光学测量机构，标定机构；所述的平板布置在水面上方，平板的下方通过钢丝悬吊试验模型；试验模型的后端设有水翼；水翼与平板上部的单摆机构相连；试验模型推动水翼摆动，水翼带动单摆机构振动；光学测量机构测量记录单摆机构的振动；标定机构对天平测力过程进行标定。本发明采用了用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，可方便地调整光路长度，提高了天平对单摆机构振动的分辨能力；便于进行电磁屏蔽和恒温恒湿保持，有助于解决试验模型复杂工作过程对天平测量的干扰问题；能够实现对测力过程的在线实时标定。

技术领域

本发明所述的一种用于测量水下航行体阻力的单摆式天平。

背景技术

阻力测量是水动力学研究的基础试验手段之一，对于开展水下航行体的减阻等研究具有不可替代的作用。

目前，在水下航行体减阻等方面的研究中，水下阻力常见数值为数牛至数十牛，以5N为例，另外，考虑到减阻率一般为5%~50%左右，则得减阻量为0.25N~2.5N。为了精确测得该数值，测量精度应当高至少一个量级，因此，水下阻力的测量精度应当优于0.01N量级。另外，考虑到水下阻力测量面临着复杂的干扰因素，因此，水下阻力测量应当具备较好的抗干扰能力。

发明内容

本发明为提高水下航行体阻力测量的精度，提出了一种用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，本发明采用单摆原理，将阻力施加在单摆机构上，同时利用光杠杆方法测量单摆的振动角度，结合电磁标定和砝码标定方法，测量得到阻力值。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，包括钢丝，平板，水翼，单摆机构，光学测量机构，标定机构；所述的平板布置在水面上方，平板的下方通过钢丝悬吊试验模型；试验模型的后端设有水翼；水翼与平板上部的单摆机构相连；试验模型推动水翼摆动，水翼带动单摆机构振动；光学测量机构测量记录单摆机构的振动；标定机构对天平测力过程进行标定。

本发明所述的用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，所述的水翼至少两个，并相互呈镜面对称布置，设置在试验模型的流场下游，位于试验模型后部。

本发明所述的用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，所述的单摆机构包括摆杆，配重，V型支撑槽，滚转轴；所述的V型支撑槽布置在平板的上表面；V型支撑槽内有滚转轴，水翼通过连接杆与滚转轴垂直相连；滚转轴水平方向设置摆杆；摆杆的一端设有配重。

本发明所述的用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，所述的V型支撑槽之间的滚转轴的轴杆部分设有平面反射镜。

本发明所述的用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，所述的V型支撑槽外侧设有垂直于平板的支架结构；其支架上设有位移传感器，激光器。

本发明所述的用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，所述的位移传感器与激光器以一定的张角呈扇形布置在滚转轴径向，使得激光器发射的激光束在被滚转轴内的平面反射镜反射后投射到位移传感器。

本发明所述的用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，所述的滚转轴的两端成与V型支撑槽相匹配的刀口状。

本发明所述的用于测量水下航行体阻力的单摆式天平，所述的摆杆上与配重相对的另一端设置标定机构；所述的标定机构由电磁标定机构和砝码标定机构组成；所述的电磁标定机构包括永磁体阵列，导线线圈阵列，正极，负极；所述的永磁体阵列由若干个沿摆杆轴向方向排列的永磁体构成，且每两个相邻的永磁体之间构成磁场气隙；所述的导线线圈阵列由若干组沿摆杆的轴向方向排列的导线线圈构成；导线线圈阵列引出相对布置的正极与负极；导线线圈阵列和永磁体阵列配合使用，且导线线圈阵列的每组导线线圈伸入到永磁体阵列的对应磁场气隙内；所述的砝码标定机构由砝码盘，绳构成；摆杆上位于永磁体阵列的下方设有竖直的绳；绳的末端设有砝码盘。