[发明专利]一种用于水洞实验的通气超空泡航行体旋转实验装置

说明书

本发明涉及一种用于水洞实验的通气超空泡航行体旋转实验装置，目的在于实现航行体与空化器同步自旋而不仅仅是空化器自旋，同时利用集成式机械密封动环和静环在相对转动时的良好密封性，克服了原有装置在旋转时发生气体和液体泄漏的现象。

技术领域

本发明属于超空泡航行体的水洞实验研究领域，具体涉及一种用于水洞实验的通气超空泡航行体旋转实验装置。

背景技术

超空泡是水下高速航行体实现减阻的有效途径之一。超空泡的成因是脱体绕流诱导低压区的形成，从而达到在该温度下的饱和蒸汽压，最终发生空化现象。但在自然条件下产生具有减阻效果的自然超空泡条件极为苛刻，需要空化数小于0.1即航行速度大于50m/s。根据空化数的定义，当液体密度为常量时，减小空化数有三种基本方法：1、增加来流速度，2、减小来流压力，3、增加空泡内的压力。所以利用人工通气的方法增加空泡内压力的水洞试验方法成为了在实验条件下研究超空泡航行体的一种主流方法。此方法产生的通气超空泡与相同空化数下的自然超空泡具有相同的力学特性。

现有的各类型水洞实验装置主要集中在研究航行体的空化器类型，以及航行体在不同攻角或侧滑角下的力学性能，而这些装置所涉及的航行体本身几乎不能实现绕其自身中轴线旋转。只有极少数专利实现了此功能，例如CN205192722U中实现了水洞实验条件下空化器的自旋，但此装置存在如下缺点：1、仅能实现空化器自旋，航行体本身无法自旋。2、没有合理的密封结构，会发生气体和水泄漏。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有装置存在的不足，本发明提出了一种用于水洞实验的通气超空泡航行体旋转实验装置。目的在于实现航行体与空化器同步自旋而不仅仅是空化器自旋，同时利用集成式机械密封动环和静环在相对转动时的良好密封性，克服了原有装置在旋转时发生气体和液体泄漏的现象。

本发明的技术方案是：一种用于水洞实验的通气超空泡航行体旋转实验装置，其特征在于，包括密封套、传动机构、集成式机械密封机构、静轴、通气管、套筒和支撑组件；所述密封套内为多级阶梯状空腔，且空腔轴线与密封套轴线重合，密封套一端与航行体简化模型螺纹固连，另一端与集成式机械密封机构螺纹连接；集成式机械密封机构整体为两端开口的空腔柱状体，静轴为两端开口的空腔柱状体且外壁为二级阶梯状；静轴小径端外壁穿过集成式机械密封机构的轴套密封圈与其内壁螺纹连接，大径端与套筒一端固连，套筒另一端与支撑组件连接；密封套、集成式机械密封机构、静轴和套筒依次连接后的轴线相互重合；通气管从水洞外部进入后，依次穿过支撑组件、套筒与静轴大径端上的气密接头连接；外部控制系统控制转动机构转动，使得集成式机械密封机构的动环与静环绕自身轴线相对转动，动环带动密封套轴线转动，密封套带动外部航行体简化模型转动，使得外部空化器随外部航行体简化模型一起轴线转动，待达到设定转速后，由外部气源通过通气管向航行体头部空化器通气，气体进入空化器后的绕流低压区形成通气超空泡。

本发明的进一步技术方案是：所述集成式机械密封机构包括动环、静环、弹簧、摩擦副、挡环及密封件；动环外壁呈多级台阶状，其上包括四个沿周向均布的螺纹孔用于与从动轮4上孔固连，一个密封槽用于安装压盖密封圈，动环末端还车有一段外螺纹用于与密封套3固连，动环内部为台阶结构用于摩擦副的安装和定位；静环穿过动环和摩擦副的内部空腔，其外部呈圆柱状，内部为台阶形空腔结构，台阶处用于安装轴套密封圈，静轴穿过静环的空腔与轴套密封圈配合最后与静环末端固连；摩擦副外壁呈台阶状用于安装静环密封圈，内部呈阶梯台阶状空腔结构台阶处用于安装动环密封圈；弹簧和挡环沿静环轴线依次套在静环末端对摩擦副起到一个减震作用。

本发明的进一步技术方案是：所述转动机构包括伺服电机箱、安装架、主动轮和从动轮；所述伺服电机箱通过安装架安装在套筒的筒壁上，伺服电机箱内装有伺服电机，伺服电机输出轴上套有主动轮，主动轮与从动轮相互啮合，从动轮端面上均布的四个通孔与动环上均布的四个螺纹孔配合，通过螺栓固连。