[发明专利]喷水推进器进水流道水力性能测试装置及方法

权利要求书

1.一种喷水推进器进水流道水力性能测试装置，其特征在于：本装置包括进水流道模型，实验风洞动力单元和射流单元；

所述进水流道模型包括裸进水流道、流量喷嘴、变频风扇、出口水平管、总压耙、数据采集单元和进水箱，所述裸进水流道设于所述进水箱上方并且连通进水箱，所述裸进水流道壁设有若干测压孔，所述总压耙两端通过法兰分别连接所述裸进水流道和出口水平管，所述变频风扇设于所述出口水平管末端，所述流量喷嘴设于所述出口水平管内，所述流量喷嘴、总压耙和若干测压孔通过软管连接所述数据采集单元；

所述实验风洞动力单元包括离心鼓风机、变频控制器、风室和收敛出口，所述风室两端分别连接所述离心鼓风机和收敛出口，所述收敛出口连接所述进水箱入口，所述变频控制器控制所述离心鼓风机风速；

所述射流单元包括螺杆空压机、气体导管、流量计、PID反馈控制器、阀门和射流管，所述气体导管一端连接所述螺杆空压机、另一端插入所述射流管，所述流量计、PID反馈控制器和阀门依次设于所述气体导管并且调节所述射流管喷射的气体流量和流速，所述进水箱壁设有射流孔，所述射流管的输出端连接所述射流孔。

2.根据权利要求1所述的喷水推进器进水流道水力性能测试装置，其特征在于：所述收敛出口面积经收敛后为40×60cm，并与所述进水箱入口面积一致。

3.根据权利要求1所述的喷水推进器进水流道水力性能测试装置，其特征在于：所述射流管喷出的射流以30°夹角通过所述射流孔进入所述进水箱内。

4.根据权利要求1所述的喷水推进器进水流道水力性能测试装置，其特征在于：所述裸进水流道采用3D打印制成，其材质为有机玻璃。

5.根据权利要求1所述的喷水推进器进水流道水力性能测试装置，其特征在于：所述总压耙包括圆管、法兰盘、总压探针和夹具，所述法兰盘设于所述圆管两端，所述圆管管壁沿圆周方向均布三个探针孔，所述总压探针通过夹具分别设于所述三个探针孔内，并且所述总压探针在所述圆管内腔沿长度方向间隔设有五个测压探针。

6.根据权利要求1所述的喷水推进器进水流道水力性能测试装置，其特征在于：所述流量喷嘴为压差式流量计。

7.根据权利要求1所述的喷水推进器进水流道水力性能测试装置，其特征在于：所述进水箱为长方体，并采用1cm厚的有机玻璃板制成。

8.根据权利要求1所述的喷水推进器进水流道水力性能测试装置，其特征在于：所述变频控制器控制所述离心鼓风机使得所述风室内的风速在0～20m/s范围内调整。

9.一种基于所述权1至权8任一项所述装置的喷水推进器进水流道水力性能测试方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、启动离心鼓风机，调节变频控制器控制风室流量，根据标定曲线，得到风洞收敛出口风速V_∞；

步骤二、启动变频风机，将进水箱中的空气抽吸至裸进水流道内，流量喷嘴入口一端直径与出口水平管直径一致，均为D，流量喷嘴另一端喷口处的直径为R，通过数据采集单元采集流量喷嘴与大气压之间的压差，根据压差公式求得流量喷嘴喷口处的流速V_m，由于通过流量喷嘴和裸进水流道出口的流量是连续一致的，换算求得裸进水流道出口的平均流速V₀；

V_mπR²＝V₀πD²

其中，△P为流量喷嘴与大气压之间的压差，ρ为空气密度；

步骤三、待裸进水流道流速V₀稳定后，通过数据采集单元采集总压耙和裸进水流道壁若干测压孔的压力数据，形成裸进水流道截面的压力分布；

步骤四、启动螺杆空压机，通过流量计、PID反馈控制器和阀门调节射流管流量，通过射流管向进水箱内射入0-30m/s的射流；

步骤五、重复步骤三，获得裸进水流道截面的压力分布变化数据，从而得到喷水推进器进水流道水力性能测试数据。

10.根据权利要求9所述的喷水推进器进水流道水力性能测试方法，其特征在于：所述步骤三中数据采集单元采集总压耙压力数据时，总压耙通过法兰盘周向转动七个位置，由三个总压探针的五个测压探针获得105个测量点，形成裸进水流道截面的压力分布。