[发明专利]具有一维自由度和气密封的气浮支撑装置

说明书

本发明公开了一种具有一维自由度和气密封的气浮支撑装置。本发明中的密封罩内设置有模型支座、气浮轴和气浮轴承，构成气浮平台，其中模型支座架设在一对气浮轴之间，气浮轴由气浮轴承支撑，气浮轴与气浮轴承滑动配合，模型支座下方设置有具有一维自由度的航行器模型；气体压力源的出口通过两个精密减压阀分别给气浮轴承和密封罩供气。气浮支撑装置安装于长槽上，长槽开于水洞或风洞实验段的上盖板，且与来流方向垂直；航行器模型穿过长槽并没入流体中；长槽与气浮平台由密封罩将其与实验段密封起来。本发明在避免外力干扰的前提下使得航行器模型在与流向垂直的水平方向具有一维自由度，更好地还原涡脱落以及流体力诱发的受迫振动。

技术领域

本发明属于机械工程、土木及桥梁工程技术领域，具体是涉及一种具有一维自由度和气密封的气浮支撑装置。

背景技术

航行器是一种可航行在空气或水中的航行体，因其独特的性能可在灾难营救、情报侦查、地理研究、资源勘测等领域发挥重要的作用。航行器作为一种新型现代化设备，所涉及的技术领域非常广，涉及航行器设计、流体力学、多相流、机械设计、控制及信息传递等多学科领域，其中流体动力外形设计是一个重要环节，也是其他各项技术的依托，国内外研究人员都给予了高度重视。

航行器航行时，壳体表面会产生阻力、噪声与倾覆力矩等许多有害因素，所以在航行器设计时需要使其具备良好的流体动力学特性。因此本发明针对航行器流体动力外形优化展开，将航行器模型近似为柱体模型，主要涉及钝柱体绕流领域。

钝柱体绕流中当雷诺数超过某一临界值时，柱体尾部将交替性脱落流体旋涡并在柱体表面产生交变载荷，从而引发柱体结构作周期性振动，这种由流体脱落涡所激发的结构振动即涡激振动（Vortex-induced vibration, VIV）。涡激振动（VIV）广泛存在于自然界与工程应用，如在高层建筑、桥墩以及海洋结构物的设计与布局过程中，预防VIV的破坏都至关重要，在这种问题的处理上，除了加强结构强度或者改善所使用的材质外，最根本的做法就是抑制旋祸脱落和改善结构振动现象的发生。

大量研究表明VIV中存在多种不同特性的运动模态及一些显著现象，其中“共振”、“频率锁定”等现象的发生机制已取得较为清晰的认识。但是，对于VIV中的许多重要问题，如系统可能存在多少种不同特性的响应模态，引发不同响应模态的涡动力学机制，模态之间如何发生跳跃式转捩，最大可能响应振幅及结构在超高雷诺数时的动力学行为等，尚未得到很好的解决。鉴于其重要的理论与应用价值，VIV历来受到学者们的特别关注，是流体力学的热点问题之一。

综上所述，钝柱体绕流中的涡激振动（VIV）具有极其广泛的应用背景，钝柱体绕流及其诱发的柱体振动问题在基础研究和工程应用中都有着重要意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种安装于水洞或风洞实验段上的具有一维自由度和气密封的气浮支撑装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明包括气体压力源、精密减压阀、气浮轴、气浮轴承、模型支座和密封罩。

在所述的密封罩内设置有模型支座、气浮轴和气浮轴承，构成气浮平台，其中模型支座架设在一对气浮轴之间，所述的气浮轴由气浮轴承支撑，气浮轴与气浮轴承滑动配合，所述的模型支座下方设置有具有一维自由度的航行器模型；所述的气体压力源的出口通过两个精密减压阀分别给气浮轴承和密封罩供气。

所述的气浮支撑装置安装于长槽上，所述的长槽开于水洞或风洞实验段的上盖板，且与来流方向垂直；所述的航行器模型穿过长槽并没入流体中；所述的长槽与所述的气浮平台由密封罩将其与实验段密封起来，以保证实验段的流体不会溢入密封罩内，避免增加航行器模型的阻力。

进一步说，所述的密封罩上还设置有限压阀。