一种仿鳍波动的壁面阻力测量装置

摘要

本发明公开一种仿鳍波动的壁面阻力测量装置，其包括水槽、支撑柱、基座、拉力传感器、导向杆底座、导向杆、往复丝杆轴承座、往复丝杆、滑块、驱动电机、连接块、连接杆、固定杆、壁面；该装置可以实现壁面在水中的波状运动，同时波动的频率、波长可以调节，壁面受到的水流阻力可以定量测量。

权利要求

1.一种仿鳍波动的壁面阻力测量装置，其特征在于，该装置包括水槽（1）、支撑柱（3）、基座（2）、拉力传感器（4）、导向杆底座（5）、导向杆（6）、往复丝杆轴承座（7）、往复丝杆（8）、滑块（9）、驱动电机（11）、连接块（13）、连接杆（16）、固定杆（18）、壁面（12）；

所述的基座（2）的四个角可滑动地支撑在四个所述的支撑柱（3）上，所述的水槽（1）放置在所述的基座（2）的下部，所述的水槽（1）的前后端接入水路中；所述的拉力传感器设置在水路流动方向后方的两个支撑柱（3）内，所述的拉力传感器与所述的基座（2）相连；

两个所述的导向杆底座（5）分别固定在所述的基座（2）的上表面的两侧，所述的滑块（9）上开设有光孔和螺纹孔，所述的导向杆（6）穿过所述的滑块（9）的光孔，其两端分别固定在两个所述的导向杆底座（5）上，所述的驱动电机（11）、往复丝杆轴承座（7）也固定在所述的基座（2）上，所述的往复丝杆（8）穿过所述的滑块（9）的螺纹孔，一端与所述的驱动电机（11）相连，另一端支撑在所述的往复丝杆轴承座（7）中；所述的基座（2）中部开设有孔，所述的滑块（9）穿过所述的基座（2）上的孔与所述的连接块（13）固接，所述的连接块（13）连接所述的连接杆（16），所述的连接杆（16）与所述的壁面（12）固接，所述的壁面（12）的下端浸没在所述的水槽中；

由所述的导向杆（6）、往复丝杆轴承座（7）、往复丝杆（8）、滑块（9）、驱动电机（11）、连接块（13）、连接杆（16）组成的壁面驱动装置为三套，且三套壁面驱动装置沿水路流动方向平行等间距设置；两个所述的固定杆（18）的一端固定连接在所述的基座（2）上，且两个所述的固定杆（18）对称布置在所述的三套壁面驱动装置的前后两侧，三个所述的连接杆（16）和两个所述的固定杆（18）均与一个所述的壁面（12）固接，组成一个波动周期；

所述的连接块（13）外形为凹字形，其下端面开设有异形槽，该异形槽包括相连通的一圆孔槽（131）和一矩形槽（132），所述的圆孔槽（131）直径大于矩形槽（132）宽度；所述的连接杆（16）为T形滑杆，其横杆可在所述的圆孔槽（131）内滑动，其竖杆用于连接所述的壁面（12）。

2.根据权利要求1所述的仿鳍波动的壁面阻力测量装置，其特征在于，所述的基座（2）的四个角上安装滚轮，四个所述的支撑柱（3）上对应地开设滚轮滑槽，所述的滚轮可在所述的滚轮滑槽内滑动。

3.根据权利要求1所述的仿鳍波动的壁面阻力测量装置，其特征在于，还包括螺纹调节杆（17），所述的连接块（13）的圆孔槽（131）的两端开设内螺纹，两个所述的螺纹调节杆（17）通过所述的内螺纹连接在所述的连接块（13）的两端，通过调节所述的螺纹调节杆（17）的旋入深度调节所述的连接杆（16）沿水流方向的位置；

所述的基座（2）与所述的固定杆（18）连接处开设有沿水流方向的滑槽，通过调整所述的固定杆（18）在所述的滑槽中的位置，以及所述的连接杆（16）在所述的连接块（13）中的位置，调节所述的壁面（12）的波动波长。

4.根据权利要求1所述的仿鳍波动的壁面阻力测量装置，其特征在于，所述的基座（2）上的孔为矩形孔，所述的矩形孔的宽度大于所述的滑块（9）的行程。

5.根据权利要求1所述的仿鳍波动的壁面阻力测量装置，其特征在于，所述的水槽（1）为三块透明的ABS板粘接组成的矩形开口水槽。

6.根据权利要求1所述的仿鳍波动的壁面阻力测量装置，其特征在于，所述的壁面（12）为中心夹有不锈钢网的胶板。

说明书

一种仿鳍波动的壁面阻力测量装置

技术领域

[0001] 本发明涉及流体测阻领域，具体涉及一种仿鳍波动的壁面阻力测量装置。

背景技术

[0002] 尼罗河魔鬼鱼在游动过程中，鱼的背鳍作波状运动，与周围流体间的相互作用，影响游动受到的阻力与游动效率。虽然目前关于鳍波动的游动机理尚不完全明确，但不断有
关于仿长鳍鱼类的运动学和游动特性研究出现。运动学实验测量中，针对与鱼类游动有关
的实验，大多都涉及到了运动参数与游动参数的测量。

[0003] 传统的流体阻力测量装置大多对实验装置的防水密封性要求较高，且大部分是将待测模型放置在待测段进行测量，对于运动变形的模型并不适用，因此针对研究对象，鱼类
的波动鳍的减阻研究而言，设计一种能够实现波动顺畅的壁面阻力测量装置对于研究长鳍
波动受到的阻力影响对于揭示鱼游动的低阻力，高效率具有积极意义。

发明内容

[0004] 为了研究鱼类鳍波动在游动过程中受到的流体阻力影响，本发明公开一种仿鳍波动的壁面阻力测量装置，该装置可以实现壁面在水中的波状运动。具体技术方案如下：

[0005] 一种仿鳍波动的壁面阻力测量装置，其特征在于，该装置包括水槽、支撑柱、基座、拉力传感器、导向杆底座、导向杆、往复丝杆轴承座、往复丝杆、滑块、驱动电机、连接块、连
接杆、固定杆、壁面；

[0006] 所述的基座的四个角可滑动地支撑在四个所述的支撑柱上，所述的水槽放置在所述的基座的下部，所述的水槽的前后端接入水路中；所述的拉力传感器设置在水路流动方
向后方的两个支撑柱内，所述的拉力传感器与所述的基座相连；

[0007] 两个所述的导向杆底座分别固定在所述的基座的上表面的两侧，所述的滑块上开设有光孔和螺纹孔，所述的导向杆穿过所述的滑块的光孔，其两端分别固定在两个所述的
导向杆底座上，所述的驱动电机、往复丝杆轴承座也固定在所述的基座上，所述的往复丝杆
穿过所述的滑块的螺纹孔，一端与所述的驱动电机相连，另一端支撑在所述的往复丝杆轴
承座中；所述的基座中部开设有孔，所述的滑块穿过所述的基座上的孔与所述的连接块固
接，所述的连接块连接所述的连接杆，所述的连接杆与所述的壁面固接，所述的壁面的下端
浸没在所述的水槽中；

[0008] 由所述的导向杆、往复丝杆轴承座、往复丝杆、滑块、驱动电机、连接块、连接杆组成的壁面驱动装置为三套，且三套壁面驱动装置沿水路流动方向平行等间距设置；两个所
述的固定杆的一端固定连接在所述的基座上，且两个所述的固定杆对称布置在所述的三套
壁面驱动装置的前后两侧，三个所述的连接杆和两个所述的固定杆均与一个所述的壁面固
接，组成一个波动周期。

[0009] 进一步地，所述的基座的四个角上安装滚轮，四个所述的支撑柱上对应地开设滚轮滑槽，所述的滚轮可在所述的滚轮滑槽内滑动。

[0010] 进一步地，所述的连接块外形为凹字形，其下端面开设有异形槽，该异形槽包括相连通的一圆孔槽和一矩形槽，所述的圆孔槽直径大于矩形槽宽度；所述的连接杆为T形滑
杆，其横杆可在所述的圆孔槽内滑动，其竖杆用于连接所述的壁面。

[0011] 进一步地，还包括螺纹调节杆，所述的连接块的圆孔槽的两端开设内螺纹，两个所述的螺纹调节杆通过所述的内螺纹连接在所述的连接块的两端，通过调节所述的螺纹调节
杆的旋入深度调节所述的连接杆沿水流方向的位置；

[0012] 所述的基座与所述的固定杆连接处开设有沿水流方向的滑槽，通过调整所述的固定杆在所述的滑槽中的位置，以及所述的连接杆在所述的连接块中的位置，调节所述的壁
面的波动波长。

[0013] 进一步地，所述的基座上的孔为矩形孔，所述的矩形孔的宽度大于所述的滑块的行程。

[0014] 进一步地，所述的水槽为三块透明的ABS板粘接组成的矩形开口水槽。

[0015] 进一步地，所述的壁面为中心夹有不锈钢网的胶板。

[0016] 本发明的有益效果如下：

[0017] 本发明的提出一种新的壁面阻力测量装置，壁面可以仿照鱼的背鳍在水中作波状运动，且所受阻力大小可以定量测量，结构简单，操作简便。本发明的阻力测量装置还可用
于一定曲率范围内的弯曲壁面的测量，同样可用于水平壁面所受阻力的测量，适用范围广。

附图说明

[0018] 图1是仿鳍波动的壁面阻力测量装置的俯视图；

[0019] 图2是仿鳍波动的壁面阻力测量装置的主视图的剖视图；

[0020] 图3是拉力传感器的局部示意图；

[0021] 图4是连接块的结构示意图；

[0022] 图5是壁面调节组件的示意图；

[0023] 图6是仿鳍波动的壁面阻力测量装置的左视图。

[0024] 图中标号，水槽1、基座2、支撑柱3、拉力传感器4、导向杆底座5、导向杆6、往复丝杆轴承座7、往复丝杆8、滑块9、联轴器10、驱动电机11、壁面12、连接块13、圆形槽131、矩形槽
132、滚轮底座14、滚轮15、连接杆16、螺纹调节杆17、固定杆18、螺母19。

具体实施方式

[0025] 下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体
实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0026] 如图1‑6所示，一种仿鳍波动的壁面阻力测量装置，包括水槽1、支撑柱3、基座2、拉力传感器4、导向杆底座5、导向杆6、往复丝杆轴承座7、往复丝杆8、滑块9、驱动电机11、连接
块13、连接杆16、固定杆18、壁面12；

[0027] 所述的基座2的四个角可滑动地支撑在四个所述的支撑柱3上，所述的水槽1放置在所述的基座2的下部，所述的水槽1的前后端接入水路中；所述的拉力传感器4设置在水路
流动方向后方的两个支撑柱3内，所述的拉力传感器与所述的基座2相连；

[0028] 导向杆底座5为L形板，两个所述的导向杆底座5分别固定在所述的基座2的上表面的两侧，导向杆6为一光滑圆杆，位于往复丝杆8的上方，所述的滑块9上开设有光孔和螺纹
孔，所述的导向杆6穿过所述的滑块9的光孔，其两端分别通过螺钉固定在两个所述的导向
杆底座5上，所述的驱动电机11、往复丝杆轴承座7也固定在所述的基座2上，所述的往复丝
杆8穿过所述的滑块9的螺纹孔，一端通过联轴器10与所述的驱动电机11相连，另一端支撑
在所述的往复丝杆轴承座7中；所述的基座2中部开设有孔，所述的滑块9穿过所述的基座2
上的孔与所述的连接块13固接，所述的连接块13连接所述的连接杆16，所述的连接杆16与
所述的壁面12固接，所述的壁面12的下端浸没在所述的水槽中；驱动电机11、联轴器10、往
复丝杆8、往复丝杆轴承座7的轴心位于同一水平轴线上。驱动电机11为伺服电机，当往复丝
杆8在驱动电机11带动下周向旋转时，滑块9沿着丝杆轴线方向做直线运动。

[0029] 由所述的导向杆6、往复丝杆轴承座7、往复丝杆8、滑块9、驱动电机11、连接块13、连接杆16组成的壁面驱动装置为三套，且三套壁面驱动装置沿水路流动方向平行等间距设
置；两个所述的固定杆18的一端固定连接在所述的基座2上，且两个所述的固定杆18对称布
置在所述的三套壁面驱动装置的前后两侧，三个所述的连接杆16和两个所述的固定杆18均
与一个所述的壁面12固接，组成一个波动周期。

[0030] 作为其中一种实施例，往复丝杆8上有两条螺距相同、旋向相反的螺纹槽，两条螺纹槽在往复丝杆8的两端通过过度曲线连接。当滑块9运动至往复丝杆8螺纹槽的左右极限
位时，在螺纹槽推动下往另一方向滑动，实现往复直线运动。

[0031] 作为其中一种实施例，所述的基座2的四个角上安装滚轮底座14和滚轮15，四个所述的支撑柱3上对应地开始滚轮滑槽，所述的滚轮可在所述的滚轮滑槽内滑动。

[0032] 作为其中一种实施例，所述的连接块13外形为凹字形，其下端面开设有异形槽，该异形槽包括相连通的一圆孔槽131和一矩形槽132，所述的圆孔槽131直径大于矩形槽132宽
度；连接杆16为T形滑杆，其横杆可在所述的圆孔槽131内滑动，其竖杆用于连接所述的壁面
12。

[0033] 作为其中一种实施例，还包括螺纹调节杆17，所述的连接块13的圆孔槽131的两端开设内螺纹，两个所述的螺纹调节杆17通过所述的内螺纹连接在所述的连接块13的两端，
通过调节所述的螺纹调节杆17的旋入深度调节所述的连接杆16沿水流方向的位置；

[0034] 作为其中一种实施例，如图1所示，所述的基座2上的孔为矩形孔，所述的矩形孔的宽度大于所述的滑块9的行程。

[0035] 作为其中一种实施例，如图2所示，所述的水槽1为三块透明的ABS板粘接组成的矩形开口水槽，矩形水槽前后端接入水路中。

[0036] 作为其中一种实施例，所述的壁面12为中心夹有不锈钢网的胶板，使其在受到水流冲击时能保持较好的波形。水槽1中的水线高度高于壁面12的底部，不高于壁面12的顶
部，避免杆端没入水中对测量产生误差。同时壁面12距离水槽1的底面有一定距离，起到减
小壁面附近流动的影响。

[0037] 如图6所示，壁面12上的首段与末端分别粘接固定杆18，在壁面12中段均布粘接三根连接杆13，固定杆18与连接杆13及相邻连接杆13之间的间距相等。在固定杆18、连接杆13
与壁面12粘接的圆杆部分进行锉平处理，增加一扁平的粘接面，以增加与壁面12粘接的接
触面积。固定杆18的螺纹杆端穿过基座2上的长槽垂直安装，通过上下两个螺母19固定在基
座2上，螺母19内径大于槽的宽度。

[0038] 如图1和图5所示，当需要改变壁面波长时，调节固定杆18在长槽内的位置，同时通过旋转螺纹调节杆17改变连接杆13的位置，可以改变壁面波长。

[0039] 如图5所示，三组相同的壁面驱动组件通过控制各自的驱动电机的通电时序，可以使壁面仿照鱼的鳍波动作一个完整周期的波状运动。

[0040] 本实施例提出的仿鳍波动的壁面阻力测量装置的驱动电机持续运转时，壁面可以仿照鱼的背鳍在水中作波状运动，且所受阻力大小可以定量测量。当驱动电机停止运转时，
由于壁面的曲率可以通过调节固定杆、连接杆的位置而改变，因此可用于一定曲率范围内
的弯曲壁面的测量，同样可用于水平壁面所受阻力的测量。

[0041] 本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然
可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡
在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。