[发明专利]一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞

说明书

本发明提供了一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞，所述重力式循环水洞包括动力系统，所述动力系统包括：高位水箱，其设置一出水口，作为重力式循环水洞的水源，水由出水口流出；液位测量装置，用于实时测量高位水箱内的液位，并将测得的液位高度信号输出；液位控制系统，与液位测量装置连接，根据测得的液位高度信号调整高位水箱内的液位高度，使液位高度保持恒定；流速调节装置，设置在高位水箱的出水口后面的水流路径上，用于控制流量，使流速达到设定值。本发明在有限的实验空间下能够实现宽频变速，同时能够提高流场均匀性，并且对流速可以实现厘米级的精确控制，可以用于水下复杂表面阻力的精准测量。

技术领域

本发明涉及流体力学实验技术领域，特别是涉及一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞。

背景技术

众所周知，水洞作为一种用于流动显示和流体测量的实验设备，可以用来研究边界层、层流、湍流、空化、圆柱绕流和水弹性等流体力学现象，以及水下航行器的阻力测量。为了保证水洞在测量过程中的准确性，需要对水洞进行结构优化设计、水动力学设计和动力系统设计。

目前，国内外循环水洞主体的组成部分大致相同，主要包括整流段、收缩段、工作段、扩散段、回流管和动力系统。但是，根据动力方式的不同，主要分为动力式循环水洞和重力式循环水洞。动力式循环水洞是由电机带动螺旋桨驱动水流循环，其优点是动力较强，可以达到较高的流速，但很难避免由于动力装置的振动导致来流均匀性下降的问题，不利于得到平稳的来流。重力式循环水洞又称为恒定水头式循环水洞，它是利用水泵将低位水箱中的水提升到高位水箱，靠高位水箱的重力势能驱动水流流动，重力式循环水洞在水流循环过程中能够通过高位水箱中的溢流板来保持液面恒定，因此，重力循环式水洞可以避免动力装置对来流的扰动，使来流更加平稳。

然而，水下复杂表面的阻力测量对流动的均匀性要求很高，因为一旦受到动力装置振动的干扰，会在很大程度上影响复杂表面阻力测量的结果。同时，受实验空间高度和流量控制系统的限制，现有的重力式循环水洞只能达到较低的流速(小于1.0m/s)，不能满足在较宽的流速范围内(0.01-1.80m/s)复杂表面阻力测试的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞。本发明在有限的实验空间下能够实现宽频变速，可调流速范围为0.01-1.80m/s，同时能够提高流场均匀性，并且对流速可以实现厘米级的精确控制，可以用于水下复杂表面阻力的精准测量。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞，所述重力式循环水洞包括动力系统，所述动力系统包括：

高位水箱，其设置一出水口，作为重力式循环水洞的水源，水由出水口流出；

液位测量装置，用于实时测量高位水箱内的液位，并将测得的液位高度信号输出；

液位控制系统，与液位测量装置连接，根据测得的液位高度信号调整高位水箱内的液位高度，使液位高度保持恒定；

流速调节装置，设置在高位水箱的出水口后面的水流路径上，用于控制流量，使流速达到设定值。

优选地，所述动力系统还包括：

蓄水箱，用于储水，高位水箱上的入水口与蓄水箱的出口连接；

抽水装置，用于将蓄水箱内的水引到高位水箱内；

其中，液位控制系统包括：

控制器，与液位测量装置连接，用于实时接收液位高度信号；