[发明专利]头部通气与尾部喷流作用下超空泡水洞试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种头部通气与尾部喷流作用下超空泡水洞试验装置及试验方法，包括试验模型，模型由空化器、通气碗、锥段、前分段、中部连接段、后分段和尾喷管顺次连接而成，通过第一支撑剑和第二支撑剑固连于水洞窗盖板的内侧；窗盖板外侧分别布置第一密封盒和第二密封盒；空化器、通气碗、锥段、前分段和第一支撑剑、第一密封盒构成模型头部通气气路；尾喷管、后分段、第二支撑剑、第二密封盒构成模型尾部喷流气路。外接气源对模型头部通气形成超空泡、对尾部通气形成尾喷流，利用测试系统同步获得水速、压力、气体流率、空泡形状等数据，形成对不同喷流动量下通气超空泡流场的模拟和测量。

技术领域

本发明涉及超空泡水洞试验技术领域，尤其是一种头部通气与尾部喷流作用下超空泡水洞试验装置及试验方法。

背景技术

通气超空泡是一种可实现水中航行体高速运动的重要减阻方式，超空泡形态控制是保证航行体运动稳定的重要方面。目前在头部通气流率对超空泡形态影响方面已开展了大量的研究，而对于航行体有尾部喷流时超空泡流动的研究还较为有限。为了研究尾喷流作用下超空泡流动特性和通气规律，需要设计一套缩比模型试验装置，在空泡水洞中开展试验，来模拟并测量超空泡航行体头部通气、尾部喷流状态下的流场。过去的相关研究中，通常采用的是火箭发动机点火形成尾喷流的方式开展模型试验，此方式形成喷流的持续时间较短，易引起水洞环境压力的突变，从而给试验结果分析带来一定的干扰，并且试验材料和安装准备的代价较大，不利于较多工况试验的开展。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种头部通气与尾部喷流作用下超空泡水洞试验装置及试验方法，在水洞中形成包覆航行体缩比模型的超空泡，并利用压缩空气提供模型尾部喷流气源，实现对有助推超空泡航行体流场测量的模型试验方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种头部通气与尾部喷流作用下超空泡水洞试验装置，包括试验模型，所述模型通过第一支撑剑和第二支撑剑固连于水洞窗盖板的内侧，试验中将窗盖板固定于水洞工作段壁面，使得模型位于水洞中线附近；窗盖板的外侧分别布置第一密封盒和第二密封盒；所述模型由锥段、前分段、中部连接段和后分段顺次连接而成，所述锥段头部设有通气碗，其头部设有空化器，所述后分段尾部设有与其连通的尾喷管；所述空化器、通气碗、锥段、前分段和第一支撑剑、第一密封盒通过相应管路构成模型头部通气气路；所述尾喷管、后分段、第二支撑剑、第二密封盒及相应管路构成模型尾部喷流气路。

作为上述技术方案的进一步改进：

第一支撑剑的结构包括剑体，剑体外表面为具有平滑过渡的抗空化线型，其一端延伸有法兰盘，法兰盘的盘面和剑体对称面垂直；法兰盘的外侧有可放置O型圈的凹槽；第一支撑剑内部形成第一腔体，第一腔体的截面形状与剑体外表面近似，即在保证剑体强度的条件下，使第一腔体尽量大，第一腔体与前分段内部的前腔体连通，且第一腔体通过窗盖板上的通孔与第一密封盒连通。

剑体远离法兰盘的一端为圆弧面，前分段沿母线的开孔位置与第一支撑剑的圆弧面通过焊接方式固连；第一支撑剑、第二支撑剑分别通过螺钉固定于水洞窗盖板内侧，法兰盘靠近剑体一侧的表面与窗盖板内侧表面平齐；第二支撑剑的结构与第一支撑剑相同，第二支撑剑和后分段的连接方式与第一支撑剑和前分段的连接方式相同：后分段和第二支撑剑内部分别形成相互连通的后腔体、第二空腔，且第二空腔与第二密封盒形成通路；后腔体的前部形成安装通过密封盖安装第一压力传感器的前连接段，后分段的后端形成与尾喷管连接的后连接段。

模型中部连接段上开测压孔，利用引压管穿过安装于前分段和中部连接段之间的密封接头，以及第二气密接头，连接布置在水洞外的第二压力传感器，所述密封接头安装于设于前分段后端的安装腔处；第一压力传感器位于中部连接段与后分段的连通位置处，第一压力传感器的敏感元件与后腔体连通。