[发明专利]摩擦阻力测量装置及测量方法

说明书

一种阻力测量装置，平板主体安放在所述外壳的上端面，在该平板主体的几何中心嵌装有研究平板。导轨前端与外壳底板上的顶起螺栓对应。两个伸缩机构分别通过连接件与导轨上的各滑块铰接。伸缩机构中各支杆的上端面与平板主体下表面固连。测力计水平固定连接在外壳内前端壳体上。外壳与导轨活动连接，能够调节导轨在竖直面内与水平面的夹角θ；外壳与平板主体固定连接，并具有密封功能，使得测量中摩擦阻力模块和测力模块不受平板模型下表面来流的干扰。本发明消除了测量过程中静摩擦力变化对摩擦阻力测量的干扰，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及空气动力学摩擦阻力测量技术领域，具体是一种平板边界层摩擦阻力的测量装置及相应的测量方法。

背景技术

当今世界人们对环境保护和节约资源更加重视，对现代工程和技术的发展从能耗和污染物排放上提出更高的要求。考虑到化石燃料价格的增长和温室效应的加剧，即使粘性阻力一个少量的减少都会带来巨大的经济效益。每年为了克服粘性阻力需要消耗数十亿升的化石燃料，从节约能源的角度来看，任何少量的减阻都能节约大量的能源。因此，在流动控制领域减小粘性阻力是一个重要课题。

现有的摩擦阻力测量方法主要有以下几种：一、测量边界层速度型，拟合得到剪切压力，测量装置有热线风速仪、LDV激光测速设备和PIV系统等，缺点是测量时间花费长，装置和操作复杂，只适用于低速流动测量；二、测力天平直接测量浮动单元表面所受的摩擦阻力，虽然精度较高，但装置和操作复杂，需要采用其他摩擦阻力测量手段对测力天平进行标定，例如通过方法一；三、油膜干涉法，根据油膜厚度与剪切应力的关系式，通过测量油膜厚度得到剪切应力，此方法操作复杂，同时油膜会改变测量模型的表面形状，对流场产生干扰。因此综上所述，现在缺少一种操作简单、快捷和精度高的摩擦阻力测量方法。

发明内容

为克服现有技术中存在的操作复杂、测量精度低的缺点，本发明提出了一种摩擦阻力测量装置。

本发明包括平板主体、研究平板、四根支杆、两个伸缩机构、滑块、导轨、外壳和测力计，其中：

所述平板主体安放在所述外壳的上端面，在该平板主体的几何中心开有用于嵌放所述研究平板的开口。在所述外壳的底板上安装有顶起螺栓，并使该顶起螺栓的位置与导轨前端对应；在该外壳内底板的上表面固定有连接杆支座，所述连接杆铰接在连接杆支座上，并使该连接杆的位置与所述导轨后端对应。所述导轨的前端安放在所述顶起螺栓的顶端；所述导轨的后端固定在该连接杆的顶端；在该导轨上安装有两个滑块。所述两个伸缩机构分别通过连接件与各滑块铰接。各所述伸缩机构中的各支杆的上端面均与位于所述平板主体几何中心的研究平板的下表面固连。测力计水平固定连接在外壳内前端壳体上，所述测力计为高精度数字测力计。

所述研究平板的四个边分别与该开口的四个边之间分别有小于0.15mm的间隙。

在所述测力计与伸缩机构中的横杆之间连接有铜线；该铜线处于水平状态。

所述伸缩机构包括两个支杆和两个套板，其中，所述两个支杆的下端分别嵌入套板内，并通过紧定螺钉固紧。各套板的下表面与所述连接件固连。两个支杆之间通过横杆支撑。通过调节各支杆在套板内的嵌入深度，以改变研究平板与平板主体的相对位置。

所述套板上有用于嵌装支杆的盲孔。该盲孔的孔径略大于该支杆的外径。使二者之间间隙配合。在该套板的壳体上有径向的紧定螺钉孔。

本发明提出的使用所述摩擦阻力测量装置进行测量的具体过程是：

步骤1，安装摩擦阻力测量装置：将摩擦阻力测量装置中的平板主体水平安装在风洞试验段中。

步骤2，调整导轨与水平面之间的夹角θ：

通过公式得到导轨与水平面的夹角θ：

tanθ＝μ

其中μ为导轨与滑块之间的最大静摩擦系数。