一种用于航行体的圆环形可调喷射装置

摘要

本发明公开了一种用于航行体的圆环形可调喷射装置，由电机、电机控制器、滑台、支撑底座、液压缸、喷头组成。液压缸和导轨分别固定在支撑底座上，滑台与导轨配合安装在支撑底座上位于液压缸的前端部，滑台上的安装块与液压缸活塞杆连接。液压缸下方出口与耐压软管相连，用于注入和喷出液体；液压缸出口处安装有阀门，用来控制储液箱内液体注入和液压缸内液体喷出至喷头。电机输出轴与滑台上的丝杠固连，电机控制器控制电机驱动滑台移动，实现液压缸内液体的注入与喷出。喷头狭缝的宽度可以间接且方便地实现调节；实现航行体在不同运动状态时高分子减阻溶液的可控喷射。可调喷射装置适用范围广，减阻持续时间长，减阻效果好。

权利要求

1.一种用于航行体的圆环形可调喷射装置，其特征在于:包括电机、电机控制器、滑台、液压缸、支撑底座、阀门、耐压软管、喷头，液压缸和导轨分别固定在支撑底座上，滑台与导轨配合安装在支撑底座上位于液压缸的前端部，滑台上的安装块与液压缸活塞杆连接，液压缸下方出口与耐压软管相连，用于注入和喷出液体，液压缸出口处安装有阀门，用来控制储液箱内液体注入和液压缸内液体喷出至喷头，电机输出轴与滑台上的丝杠固连，电机控制器控制电机驱动滑台移动，实现液压缸内液体的注入与喷出；其控制方法包括以下步骤:步骤1.选择液压缸与滑台、丝杠配合，并根据负载选用扭矩为3.1N·m的电机；并将滑台和液压缸水平固定在支撑底座上，连接安装块与液压缸活塞杆，同时将液压缸出口与耐压软管连接；

步骤2.打开电机控制器，启动电机控制程序，根据Qi＝πD2V/4反推出喷射速率Qi对应的电机速度V,式中，Qi为喷射速率，D为液压缸直径，V为电机速度，电机驱动滑台丝杠运动，进而推动液压缸活塞杆使液压缸工作，实现对喷射速率的准确控制；

步骤3.将连接于液压缸出口的耐压软管接入储液箱，开启阀门，启动电机控制程序，输入电机速度，控制电机速度使得电机反转，将储液箱内待喷射液体吸入液压缸，之后关闭阀门；

步骤4.选择所需喷射角度的喷头整流段和喷射腔头部，并与喷射腔尾部进行装配并接入航行体模型，连接液压缸出口处的耐压软管于航行体，调整喷头狭缝宽度，将航行体模型放入水洞并给定水洞来流速度；

步骤5.打开液压缸出口处的阀门，启动电机控制程序，输入电机速度，控制电机速度使电机正转，将液压缸内工作液体喷射至喷射腔，沿喷头狭缝进入航行体外部流场；

步骤6.工况测试完成后，关闭阀门，防止外部流体进入液压缸。

说明书

一种用于航行体的圆环形可调喷射装置

技术领域

[0001] 本发明涉及水下减阻应用技术领域，具体地说，涉及一种用于航行体的圆环形可调喷射装置。

背景技术

[0002] 海洋开发和海防形势的变化使得水下航行体减阻增程技术成为研究的热点，现有的减阻方法用于实际工程还存在一些不足。如，专利CN105547056涉及了“一种人工通气超空泡鱼雷的减阻-推进一体化构型”，该减阻构型需人工通气，操作较复杂。在发明专利CN106563626A中提出了“一种超疏水减阻涂层的制备方法”，但疏水表面上形成的气液界面容易破坏，不利于稳定长效地减阻。专利CN201383283Y公开了“一种新型减阻装置”，该装置表面的多V形条纹结构,使得加工困难且加工成本较高。

[0003] 高聚物添加剂减阻也是一种高效减阻方式，该技术只需在湍流流场中添加微量减阻剂就可以改变湍流流动结构，从而达到明显减阻效果，甚至高达80％，且方便实施应用。目前在石油管道输运、集中供暖等湍流减阻领域中已有应用实例。通过喷射槽向航行体外部流体喷射高分子溶液是一种具有显著效果的潜在减阻节能方式，且喷射条件决定航行体的减阻效果。

发明内容

[0004] 为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于航行体的圆环形可调喷射装置。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括电机、电机控制器、滑台、液压缸、支撑底座、阀门、耐压软管、喷头，所述液压缸和导轨分别固定在支撑底座上，滑台与导轨配合安装在支撑底座上位于液压缸的前端部，滑台上的安装块与液压缸活塞杆连接，液压缸下方出口与耐压软管相连，用于注入和喷出液体，液压缸出口处安装有阀门，用来控制储液箱内液体注入和液压缸内液体喷出至喷头，电机输出轴与滑台上的丝杠固连，电机控制器控制电机驱动滑台移动，实现液压缸内液体的注入与喷出；其控制方法包括以下步骤:

[0006] 步骤1.选择液压缸与滑台、丝杠配合，并根据负载选用扭矩为3.1N·m的电机；并将滑台和液压缸水平固定在支撑底座上，连接安装块与液压缸活塞杆，同时将液压缸出口与耐压软管连接；

[0007] 步骤2.打开电机控制器，启动电机控制程序，根据Qi＝πD2V/4反推出喷射速率Qi对应的电机速度V,式中，Qi为喷射速率，D为气缸直径，V为电机速度，电机驱动滑台丝杠运动，进而推动液压缸活塞杆使液压缸工作，实现对喷射速率的准确控制；

[0008] 步骤3.将连接于液压缸出口的耐压软管接入储液箱，开启阀门，启动电机控制程序，输入电机速度，控制电机速度使得电机反转，将储液箱内待喷射液体吸入液压缸，之后关闭阀门；

[0009] 步骤4.选择所需喷射角度的喷头整流段和喷射腔头部，并与喷射腔尾部进行装配并接入航行体模型，连接液压缸出口处的耐压软管于航行体，调整喷头狭缝宽度，将模型放入水洞并给定水洞来流速度；

[0010] 步骤5.打开液压缸出口处的阀门，启动电机控制程序，输入电机速度，控制电机速度使电机正传，将液压缸内工作液体喷射至喷射腔，沿喷头狭缝进入航行体外部流场；

[0011] 步骤6.工况测试完成后，关闭阀门，防止外部流体进入液压缸。

[0012] 有益效果

[0013] 本发明提出的一种用于航行体的圆环形可调喷射装置，涉及水下减阻应用技术领域。其中，液压缸和导轨分别固定在支撑底座上，滑台与导轨配合安装在支撑底座上位于液压缸的前端部，滑台上的安装块与液压缸活塞杆连接。液压缸下方出口与耐压软管相连，用于注入和喷出液体；液压缸出口处安装有阀门，用来控制储液箱内液体注入和液压缸内液体喷出至喷头。电机输出轴与滑台上的丝杠固连，电机控制器控制电机驱动滑台移动，实现液压缸内液体的注入与喷出。

[0014] 本发明用于航行体的圆环形可调喷射装置，喷头狭缝的宽度可以间接且方便地调节，实现航行体在不同运动状态时高分子减阻溶液的可控喷射。可调喷射装置与现有技术相比，适用范围广，减阻持续时间长，减阻效果可达30％。可调喷射装置的喷头狭缝的角度变化只需更换整流段和喷射腔头部即可，喷射腔尾部及航行体中部和尾部可重复使用。

附图说明

[0015] 下面结合附图和实施方式对本发明一种用于航行体的圆环形可调喷射装置作进一步详细说明。

[0016] 图1为本发明用于航行体的圆环形可调喷射装置示意图。

[0017] 图2为本实施例示意图。

[0018] 图中:

[0019] 1.电机 2.电机控制器 3.滑台 4.液压缸 5.支撑底座 6.阀门 7.耐压软管 8.喷头9.喷头整流段 10.喷射腔头部 11.喷射腔尾部 12.喷射腔 13.航行体中部前段14.天平 15.天平支杆 16.喷射入口 17.航行体中部后段 18.航行体尾部

具体实施方式

[0020] 本实施例是一种用于航行体的圆环形可调喷射装置。

[0021] 参阅图1，本实施例用于航行体的圆环形可调喷射装置，由电机1、电机控制器2、滑台3、液压缸4、支撑底座5、阀门6、耐压软管7、喷头8组成；其中，液压缸4和导轨分别固定在支撑底座5上，滑台3与导轨配合安装在支撑底座上位于液压缸4的前端部，滑台3上的安装块与液压缸活塞杆连接，液压缸下方出口与耐压软管7相连，用于注入和喷出液体，液压缸出口处安装有阀门6，用来控制储液箱内液体注入和液压缸内液体喷出至喷头8，电机输出轴与滑台上的丝杠固连，电机控制器2控制电机1驱动滑台移动，实现液压缸内液体的注入与喷出；其控制方法包括以下步骤:

[0022] 第一步,根据实验要求选定直径160mm，行程700m，容积15L的液压缸，配套选用行程700mm的滚珠丝杠导轨精密滑台，根据负载选用扭矩为3.1N·m的步进电机；并将滑台和液压缸水平固定在支撑底座上，连接安装块与液压缸活塞杆，同时将液压缸出口与耐压软管连接。

[0023] 第二步,打开电机控制器，启动电机控制程序，根据Qi＝πD2V/4反推出一定喷射速率Qi对应的电机速度V,式中，Qi为喷射速率，D为气缸直径，V为电机速度，电机驱动滑台丝杠运动，进而推动液压缸活塞杆使液压缸工作，实现对喷射速率的准确控制。

[0024] 第三步,将连接于液压缸出口的耐压软管通入储液箱，开启阀门，启动电机控制程序，输入电机速度，控制电机速度使得电机反转，将储液箱内待喷射液体吸入液压缸，之后关闭阀门。

[0025] 第四步,选择所需喷射角度的喷头整流段9和喷射腔头部10，并与喷射腔尾部11进行装配并接入航行体模型，连接液压缸出口处的耐压软管于航行体，调整喷头狭缝宽度，将模型放入水洞并给定水洞来流速度。

[0026] 第五步,打开液压缸出口处的阀门，启动电机控制程序，输入电机速度，控制电机速度使电机正传，将液压缸内工作液体喷射至喷射腔，沿喷头狭缝进入航行体外部流场。工况测试完成后，关闭阀门，防止外部流体进入液压缸。

[0027] 本实施例中,对于喷射装置的控制方式，试验之前，预先在储液箱中准备好待喷射液体。喷射之前，需将储液箱内的液体注入液压缸，将连接于液压缸出口的耐压软管通入储液箱，开启阀门。打开电机控制器，启动电机控制程序，输入电机速度，发送速度使得电机反转，即可将储液箱内待喷射液体吸入液压缸。在电机工作过程中，当滑台接近满行程时，可调小电机速度，直至滑台基本达到满行程，停止电机，并关闭阀门。从储液箱取出耐压软管，接入喷头，打开阀门，输入预定喷射速率所对应的电机速度，发送速度使得电机正传，即可将液压缸内储存的工作流体喷至所需要的流场区域中。此时同样需要及时关注滑台的行程变化，防止电机锁住。

[0028] 对于航行体水洞实验，航行体模型由喷射头部、航行体中部和航行体尾部组成。其中，喷射头部包括喷头整流段9、喷射腔头部10和喷射腔尾部11，喷头整流段9和喷射腔头部10均沿轴线开有30°的倒角，二者可通过螺纹连接配合并形成30°的喷射角度，配合螺纹的螺距为2mm。喷射腔头部10和喷射腔尾部11通过螺纹连接，中间形成喷射腔12。喷射腔12可用来储存并缓冲注入的液体，若注入为溶液，该缓冲作用可使得溶解更均匀。航行体中部分为航行体中部前段13和航行体中部后段17，航行体中部前段13通过螺纹连接至喷射腔尾部
11。航行体中部前段13和航行体中部后段17之间通过螺纹连接天平14，天平14用于测量航行体受力，喷射管道则沿着天平支杆15通入航行体中部后段的喷射入口16进入航行体内部，进而顺着喷射腔尾部的通孔达到喷射腔12。航行体中部后段17与航行体尾部18也是螺纹连接。

[0029] 本实施例中,在高分子溶液喷射对航行体外部流场时，航行体模型进行水洞实验的工作方式:将喷头整流段、喷射腔头部和喷射腔尾部按顺序组装完成装配，并旋合喷头整流段和喷射腔头部的螺纹至最紧，此时二者的30°斜面刚好贴合。然后装配喷射头部、航行体中部及尾部，以及航行体中部两段间的测试天平和航行体中部后段的喷射管道。在装配过程中，喷头整流段和喷射腔头部的倒角面始终是贴合的，在模型装配完之后可以此状态为零点，通过调节喷头整流段和喷射腔头部的螺纹旋合长度，间接控制喷射狭缝的宽度。由于实验所采用喷头的角度为30°，每次调节螺纹旋合长度之后，喷射狭缝的宽度变化就是旋合长度变化的1/2。调整好所需的喷头狭缝宽度之后，将模型放入高速水洞，给定水洞来流速度。开启连接喷射入口管道处的阀门，发送电机转速使得电机工作，将预先在液压缸内准备好的待喷射液体通过耐压软管注入喷射腔，开始试验。当需要研究喷头角度的影响规律时，取出配合好的航行体模型，更换不同倒角的喷头整流段和喷射腔头部，按上述相同方式开始试验。但当喷头整流段和喷射腔头部的旋合距离改变时，对应喷头狭缝宽度的变化关系也会发生改变。