一种旋转圆柱水动力实验测试装置

摘要

一种旋转圆柱水动力实验测试装置，属于流体力学领域。本发明方管的一侧与L型压浪板连接，方管的下方依次与传感器、传感器连接板、电机支撑架相连，两个传感器水平垂直放置，电机支撑架上方安装有伺服电机，电机支撑架下方固定有轴承座，且轴承座内固定直线轴承，伺服电机的输出轴依次与联轴器、旋转轴相连，旋转轴穿过轴承座并与直线轴承平滑接触。本发明能够精确测量旋转圆柱的阻力和升力的时历曲线；可以自动或手动地调节旋转圆柱的转速；通过旋转轴上的连接孔，可以根据实验需求更换不同形式包括改变长径比、形状或表面粗糙度等的旋转圆柱，以进行一系列的实验对比研究；可以避免水面兴波对旋转圆柱测试产生的干扰。

权利要求

1.一种旋转圆柱水动力实验测试装置，其特征在于：包括L型压浪板(3)、方管(4)、第一拉力传感器(8)、第二拉力传感器(9)、第一传感器连接板(5)、第二传感器连接板(6)和第三传感器连接板(7)；所述的L型压浪板(3)由水平部分和竖直部分组成，在L型压浪板(3)竖直部分开设有大孔，在L型压浪板(3)水平部分开设有轴孔；所述的方管(4)安装在L型压浪板(3)竖直部分上端，且方管(4)位于大孔上方；所述的第一传感器连接板(5)与第三传感器连接板(7)结构相同，均由水平部分和竖直部分组成，且在水平部分与竖直部分的拐角处设置有一个小台阶；所述的第二传感器连接板(6)由水平部分和两个竖直部分组成，且两个竖直部分与分别位于水平部分相邻两条边的上方和下方，两个竖直部分与水平部分的拐角处各设置有一个小台阶；所述的第一拉力传感器(8)与第二拉力传感器(9)均为S型结构；所述的方管(4)的下方依次与第一传感器连接板(5)、第一拉力传感器(8)、第二传感器连接板(6)、第二拉力传感器(9)、第三传感器连接板(7)、电机支撑架(2)相连；所述的第一拉力传感器(8)位于第一传感器连接板(5)和第二传感器连接板(6)之间；所述的第二拉力传感器(9)位于第二传感器连接板(6)和第三传感器连接板(7)之间，且第一拉力传感器(8)与第二拉力传感器(9)水平垂直放置；所述的第一传感器连接板(5)的水平部分位于第一拉力传感器(8)的上方，第二传感器连接板(6)的水平部分位于第一拉力传感器(8)的下方，第一传感器连接板(5)的竖直部分和第二传感器连接板(6)的第一竖直部分分别位于第一拉力传感器(8)的左右两侧，第一拉力传感器(8)的端部表面分别与第一传感器连接板(5)和第二传感器连接板(6)的小台阶接触；所述的第二拉力传感器(9)位于第二传感器连接板(6)的水平部分下方，第三传感器连接板(7)的水平部分位于第二拉力传感器(9)的下方，第三传感器连接板(7)的竖直部分和第二传感器连接板(6)的第二竖直部分分别位于第二拉力传感器(9)的左右两侧，第二拉力传感器(9)的端部表面分别与第二传感器连接板(6)和第三传感器连接板(7)的小台阶接触；所述的电机支撑架(2)上方安装有伺服电机(1)，与伺服电机(1)对应位置的电机支撑架(2)下方通过两个螺栓(10)固定一个轴承座(12)，且轴承座(12)内固定直线轴承(13)；所述的伺服电机(1)的输出轴依次与联轴器(11)、直线轴承(13)和旋转轴(14)相连；所述的旋转轴(14)上端穿过轴承座(12)并与直线轴承(13)平滑接触，旋转轴下端穿过L型压浪板(3)水平部分开设的轴孔；所述的L型压浪板(3)只与方管(4)接触，第二传感器连接板(6)、第二拉力传感器(9)、第三传感器连接板(7)和电机支撑架(2)均穿过L型压浪板(3)竖直部分开设的大孔。

2.根据权利要求1所述的一种旋转圆柱水动力实验测试装置，其特征在于：所述旋转轴(14)下端开设连接孔(15)，与不同形式的旋转圆柱相连。

说明书

一种旋转圆柱水动力实验测试装置

技术领域

[0001] 本发明属于流体力学领域，具体涉及一种旋转圆柱水动力实验测试装置。

背景技术

[0002] 旋转圆柱绕流是流体力学研究中非常重要的一个研究方向，无论是旋转圆柱的升力问题还是涡旋的脱落形态的改变以及涡旋频率特性都有待于进一步研究。旋转圆柱产生
升力的原理是马格努斯效应：当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体前进速度矢量不重
合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向
力，在这个横向力的作用下物体前进轨迹发生偏转的现象。尾流中周期性涡旋脱落是圆柱
绕流的重要特征，圆柱的旋转明显改变尾流中涡旋形态，使流场表现出与静止圆柱明显不
同的流动特征，因此在研究及工程实际中更加具有现实意义。为了得到旋转圆柱精确的水
动力数值，本专利发明了旋转圆柱水动力实验测试装置。

发明内容

[0003] 针对上述问题，本发明提供了一种旋转圆柱水动力实验测试装置。

[0004] 为实现上述目的，一种旋转圆柱水动力实验测试装置，方管4的一侧与L型压浪板3连接，方管4的下方依次与第一传感器连接板5、第一拉力传感器8、第二传感器连接板6、第
二拉力传感器9、第三传感器连接板7、电机支撑架2相连，第一拉力传感器8与第二拉力传感
器9水平垂直放置，电机支撑架2上方安装有伺服电机1，与伺服电机1对应位置的电机支撑
架2下方通过两个螺栓10固定一个轴承座12，且轴承座12内固定直线轴承13，伺服电机1的
输出轴依次与联轴器11、旋转轴14相连，旋转轴14穿过轴承座12并与直线轴承13平滑接触。

[0005] 所述L型压浪板3固定在方管4上，且只与方管4接触。

[0006] 所述旋转轴14下端开设连接孔15，与不同形式的旋转圆柱相连。

[0007] 所述第一拉力传感器8、第二拉力传感器9均为S型结构，所述第一传感器连接板5、第二传感器连接板6、第三传感器连接板7均在拐角处设置有一个小台阶，仅与第一拉力传
感器8或第二拉力传感器9的端部表面接触。

[0008] 所述旋转轴14的转速通过伺服电机1及其转速控制系统自动或手动调节。

[0009] 所述L型压浪板3位于水面处。

[0010] 本发明的有益效果在于：

[0011] 本发明提供的一种旋转圆柱水动力实验测试装置，能够精确测量旋转圆柱的阻力和升力的时历曲线，对旋转圆柱的水动力性能进行分析；通过伺服电机和转速控制系统可
以按照一定的规律如正弦函数等来自动或手动地调节旋转圆柱的转速；通过旋转轴14上的
连接孔15，可以根据实验需求更换不同形式包括改变长径比、形状或表面粗糙度等的旋转
圆柱，以进行一系列的实验对比研究；L型压浪板位于水面处，可以避免水面兴波对旋转圆
柱测试产生的干扰。

附图说明

[0012] 图1为本发明的结构示意图。

[0013] 图2为本发明的正视图。

[0014] 图3为本发明的俯视图。

[0015] 图4为本发明的侧视图。

[0016] 图5为本发明第二传感器连接板的细节图。

[0017] 图6为本发明第一传感器连接板、第三传感器连接板的细节图。

[0018] 图7为第一拉力传感器、第二拉力传感器的细节图。具体实施方式：

[0019] 下面结合附图对本发明做进一步的描述：

[0020] 实施例1

[0021] 本发明涉及的是旋转圆柱水动力实验测试装置。具体来说是一种适用于循环水槽或拖曳水池的旋转圆柱水动力实验测试装置。本发明的目的在于提供一种易于生产制造，
使用和操作方便，能够精确测量旋转圆柱水动力性能的装置。

[0022] 本发明专利采用下列技术方案：

[0023] 旋转圆柱水动力实验测试装置，包括拉力传感器(8、9)、传感器连接板(5、6、7)、L型压浪板(3)、伺服电机(1)以及转速控制系统等主要部件。其中，拉力传感器包括测量来流
方向阻力的拉力传感器Ⅰ(8)和测量垂直于来流方向升力的拉力传感器Ⅱ(9)，能够精确测
量旋转圆柱的阻力和升力的时历曲线，对旋转圆柱的水动力性能进行分析。通过伺服电机
和转速控制系统可以按照一定的规律(如正弦函数等)来自动或手动地调节旋转圆柱的转
速。通过旋转轴(14)上的连接孔(15)，可以根据实验需求更换不同形式(包括改变长径比、
形状或表面粗糙度等)的旋转圆柱，以进行一系列的实验对比研究。L型压浪板位于水面处，
可以避免水面兴波对旋转圆柱测试产生的干扰。

[0024] 参照图1、2、3、4，通过方管(4)可将整个装置固定在循环水槽的壁面上(或拖曳水池的拖车上)。L型压浪板(3)固定在方管上，且只与方管接触，其他位置处均开大孔。方管下
端依次与传感器连接板A(5)、拉力传感器Ⅰ(8)、传感器连接板B(6)、拉力传感器Ⅱ(9)、传感
器连接板C(7)和电机支撑架(2)相连。电机支撑架的另一端固连一个伺服电机(1)，且通过
两个螺栓(10)固定一个轴承座(12)。伺服电机的输出轴与旋转轴(14)通过联轴器(11)相
连。轴承座(12)内固定一个直线轴承(13)，旋转轴(14)与直线轴承(13)平滑接触。旋转轴
(14)下端开设连接孔(15)，与不同形式(包括改变长径比、形状或表面粗糙度等)的旋转圆
柱相连。

[0025] 参照图5、6、7，由于拉力传感器是S型结构，通过应变测量拉力，因此三个传感器连接板均在拐角处设置有一个小台阶，仅与拉力传感器的端部表面接触，以防止对测力产生
干扰。

[0026] 实施例2

[0027] 本发明提供的是旋转圆柱水动力实验测试装置，包括拉力传感器、传感器连接板、L型压浪板、伺服电机以及转速控制系统等主要部件。通过两个垂直方向的拉力传感器，能
够精确测量旋转圆柱的阻力和升力的时历曲线，对旋转圆柱的水动力性能进行分析。通过
伺服电机和转速控制系统可以按照一定的规律(如正弦函数等)来自动或手动地调节旋转
圆柱的转速。L型压浪板位于水面处，可以避免水面兴波对旋转圆柱测试产生的干扰。通过
旋转轴上的连接孔，可以根据实验需求更换不同形式(包括改变长径比、形状或表面粗糙度
等)的旋转圆柱，以进行一系列的实验对比研究。本发明结构简单，易于加工制造且便于安
装，可以应用于循环水槽或拖曳水池中，进行旋转圆柱水动力实验。

[0028] 旋转圆柱水动力实验测试装置，包括拉力传感器、传感器连接板、L型压浪板、伺服电机以及转速控制系统等主要部件。

[0029] 通过两个垂直方向的拉力传感器，能够精确测量旋转圆柱的阻力和升力的时历曲线，对旋转圆柱的水动力性能进行分析。

[0030] 通过旋转轴上的连接孔，可以根据实验需求更换不同形式(包括改变长径比、形状或表面粗糙度等)的旋转圆柱，以进行一系列的实验对比研究。

[0031] 通过伺服电机和转速控制系统可以按照一定的规律(如正弦函数等)来自动或手动地调节旋转圆柱的转速。

[0032] 本发明可以应用于循环水槽或拖曳水池中，进行旋转圆柱水动力实验。

[0033] L型压浪板位于水面处，可以避免水面兴波对旋转圆柱测试产生的干扰。

[0034] 三个传感器连接板均在拐角处设置有一个小台阶，仅与拉力传感器的端部表面接触，以防止对测力产生干扰。