一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，包括循环水槽试验段，其侧部安装岸基式水下PIV测试装置；循环水槽试验段的顶部设置有循环水槽安装架，循环水槽安装架顶面对称固定有第一轴向位移调节机构和第二轴向位移调节机构，第一轴向位移调节机构和第二轴向位移调节机构上均设置有滑板，滑板沿循环水槽水流方向自由移动，第一轴向位移调节机构和第二轴向位移调节机构的滑板顶面同时安装电动调角机构；第一轴向位移调节机构的滑板上安装第一碟刹装置和第二碟刹装置，第二轴向位移调节机构的滑板上安装有第三碟刹装置和第四碟刹装置；循环水槽安装架顶面还安装有电动滚珠丝杠，测试方便快捷，精度高。
1.一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：包括循环水槽试验段（21），所述循环水槽试验段（21）侧部安装有岸基式水下PIV测试装置（9）；所述循环水槽试验段（21）的顶部设置有循环水槽安装架（19），所述循环水槽安装架（19）顶面对称固定有第一轴向位移调节机构（7）和第二轴向位移调节机构（8），第一轴向位移调节机构（7）和第二轴向位移调节机构（8）上均设置有滑板，滑板沿循环水槽水流方向自由移动，第一轴向位移调节机构（7）和第二轴向位移调节机构（8）的滑板顶面共同安装电动调角机构（1），所述电动调角机构（1）底部与试验模型（20）连接，所述电动调角机构（1）上通过三角架固定有角度传感器（2）；所述第一轴向位移调节机构（7）的滑板上安装第一碟刹装置（3）和第二碟刹装置（4），所述第二轴向位移调节机构（8）的滑板上安装有第三碟刹装置（5）和第四碟刹装置（6）；所述循环水槽安装架（19）顶面还安装有电动滚珠丝杠（10），电动滚珠丝杠（10）的丝杠托板与第二轴向位移调节机构（8）的滑板固定连接，驱动试验模型（20）沿循环水槽水流方向进行位置调节。
2.如权利要求1所述的一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：所述电动调角机构（1）的结构为：包括与第一轴向位移调节机构（7）和第二轴向位移调节机构（8）连接的固定架（16），所述固定架（16）上的中部通过旋转轴法兰（15）安装旋转轴系（17），所述旋转轴系（17）的底部通过法兰固定有支撑轴（18），所述支撑轴（18）底部与试验模型（20）连接，所述旋转轴系（17）上安装有摩擦盘（14），所述旋转轴系（17）的顶部安装有输出轴法兰（13），所述输出轴法兰（13）通过双键安装减速机（12），所述减速机（12）通过驱动电机（11）驱动。
3.如权利要求2所述的一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：所述摩擦盘（14）的结构为：包括设置在中部的圆盘，所述圆盘的中间开有方形通孔（1401），方形通孔（1401）用于输出轴法兰（13）的方形凸台过盈连接，传递制动力矩，所述圆盘的外圆周方向均匀间隔固定有多个摩擦臂（1402）。
4.如权利要求3所述的一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：每个摩擦臂（1402）呈T型结构。
5.如权利要求2所述的一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：所述旋转轴系（17）的结构为：包括旋转轴（171），所述旋转轴（171）外圆周面通过第一轴承（175）和第二轴承（176）安装外壳（174），所述外壳（174）的底部安装密封盖（177），外壳（174）的顶部安装防尘盖（173），所述旋转轴（171）上还安装有平键（172）。
6.如权利要求5所述的一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：所述第二轴承（176）为一对角接触球轴承。
7.如权利要求1所述的一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：所述第一轴向位移调节机构（7）和第二轴向位移调节机构（8）的结构相同，其中第二轴向位移调节机构（8）的结构为：包括固定底座（81），所述固定底座（81）呈直角形结构，所述固定底座（81）的顶部通过紧固件安装滑板（83），所述滑板（83）与固定底座（81）之间间隔安装有多个滚动直线导轨副（82）。
8.如权利要求1所述的一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：所述岸基式水下PIV测试装置（9）的结构为：包括位于两头的第一支撑臂（92）和第二支撑臂（95），第一支撑臂（92）和第二支撑臂（95）的内部中空、并与外界空气连通，外部激光器导光臂通过第一支撑臂（92）内部空间与片光系统（91）连接，形成片光源，第一反光镜组（94）进行轴向位置和角度调节，与第一相机组件（93）配合对照明区域拍摄，第二反光镜组（96）进行轴向位置和角度调节，与第二相机组件（97）配合对照明区域拍摄，第一相机组件（93）控制线缆从第一支撑臂（92）内部空间穿出到外部空间，第二相机组件（97）控制线缆从第二支撑臂（95）内部空间穿出到外部空间。
9.如权利要求1所述的一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，其特征在于：所述第一碟刹装置（3）、第二碟刹装置（4）、第三碟刹装置（5）、第四碟刹装置（6）放置在循环水槽内部，通过气管接头并联后穿到水槽外部，穿出后的气管分为两路，一路连接第一球阀和气源，另一路连接第二球阀，并在第二球阀前安装压力表，第一球阀关闭，第二球阀打开，此时碟刹装置不工作，压力表读数为0，第一球阀打开，第二球阀关闭，此时碟刹装置工作，压力表读数为碟刹装置工作压力。
一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统
技术领域
[0001] 本发明涉及流场测量技术领域，尤其是一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统。
背景技术
[0002] 水下流场PIV测量对于船舶、水下航行体而言已经是一项常规技术手段，但多针对于直航状态下进行测量。随着对于船舶、水下航行体空化及噪声产生机理研究的不断深入，变攻角状态下的流场测量需求不断提升。在循环水槽中，由于模型尺度较大，变攻角时将产生很大的扭矩力矩，目前的循环水槽内尚无配套系统可满足大扭矩状态下自动调攻角的PIV测试系统。
发明内容
[0003] 本申请人针对上述现有生产技术中的不足，提供一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，从而可以方便的完成大扭矩状态下试验模型攻角和轴向测量位置自动调节的PIV测试工作，测试方便。
[0004] 本发明所采用的技术方案如下：
[0005] 一种适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，包括循环水槽试验段，所述循环水槽试验段侧部安装有岸基式水下PIV测试装置；所述循环水槽试验段的顶部设置有循环水槽安装架，所述循环水槽安装架顶面对称固定有第一轴向位移调节机构和第二轴向位移调节机构，第一轴向位移调节机构和第二轴向位移调节机构上均设置有滑板，滑板沿循环水槽水流方向自由移动，第一轴向位移调节机构和第二轴向位移调节机构的滑板顶面同时安装电动调角机构，所述电动调角机构底部与试验模型连接，所述电动调角机构上通过三角架固定有角度传感器；所述第一轴向位移调节机构的滑板上安装第一碟刹装置和第二碟刹装置，所述第二轴向位移调节机构的滑板上安装有第三碟刹装置和第四碟刹装置；所述循环水槽安装架顶面还安装有电动滚珠丝杠，电动滚珠丝杠的丝杠托板与第二轴向位移调节机构的滑板固定连接，驱动试验模型沿循环水槽水流方向进行位置调节。
[0006] 其进一步技术方案在于：
[0007] 所述电动调角机构的结构为：包括与第一轴向位移调节机构和第二轴向位移调节机构连接的固定架，所述固定架上的中部通过旋转轴法兰安装旋转轴系，所述旋转轴系的底部通过法兰固定有支撑轴，所述支撑轴底部与试验模型连接，所述旋转轴系上安装有摩擦盘，所述旋转轴系的顶部安装有输出轴法兰，所述输出轴法兰通过双键安装减速机，所述减速机通过驱动电机驱动。
[0008] 所述摩擦盘的结构为：包括设置在中部的圆盘，所述圆盘的中间开有方形通孔，方形通孔用于输出轴法兰的方形凸台过盈连接，传递制动力矩，所述圆盘的外圆周方向均匀间隔固定有多个摩擦臂。
[0009] 每个摩擦臂呈T型结构。
[0010] 所述旋转轴系的结构为：包括旋转轴，所述旋转轴外圆周面通过第一轴承和第二轴承安装外壳，所述外壳的底部安装密封盖，外壳的顶部安装防尘盖，所述旋转轴上还安装有平键。
[0011] 所述第二轴承为一对角接触球轴承。
[0012] 所述第一轴向位移调节机构和第二轴向位移调节机构的结构相同，其中第二轴向位移调节机构的结构为：包括固定底座，所述固定底座呈直角形结构，所述固定底座的顶部通过紧固件安装滑板，所述滑板与固定底座之间间隔安装有多个滚动直线导轨副。
[0013] 所述岸基式水下PIV测试装置的结构为：包括位于两头的第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂和第二支撑臂的内部中空、并与外界空气连通，外部激光器导光臂通过第一支撑臂内部空间与片光系统连接，形成片光源，第一反光镜组进行轴向位置和角度调节，与第一相机组件配合对照明区域拍摄，第二反光镜组进行轴向位置和角度调节，与第二相机组件配合对照明区域拍摄，第一相机组件控制线缆从第一支撑臂内部空间穿出到外部空间，第二相机组件控制线缆从第二支撑臂内部空间穿出到外部空间。
[0014] 所述第一碟刹装置、第二碟刹装置、第三碟刹装置、第四碟刹装置放置在循环水槽内部，通过气管接头并联后穿到水槽外部，穿出后的气管分为两路，一路连接第一球阀和气源，另一路连接第二球阀，并在第二球阀前安装压力表，第一球阀关闭，第二球阀打开，此时碟刹装置不工作，压力表读数为0，第一球阀打开，第二球阀关闭，此时碟刹装置工作，压力表读数为碟刹装置工作压力。
[0015] 本发明的有益效果如下：
[0016] 本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过电动调角机构、角度传感器、旋转轴系和轴向位移调节机构之间的互相配合工作，可以方便的完成大扭矩状态下试验模型攻角和轴向测量位置自动调节的PIV测试工作，测试可靠性好，工作效率高。
[0017] 本发明采用电动滚珠丝杠实现试验模型流场测量位置的调节，采用电动调角机构实现试验模型攻角的调节并通过角度编码器进行实际攻角反馈，模型空间定位精度高，可操控性强。
[0018] 本发明采用碟刹装置对模型攻角位置锁定，避免了大扭矩状态下因为减速机齿隙引起的角度偏差。
附图说明
[0019] 图1为本发明的结构示意图。
[0020] 图2为图1中A部的局部放大图。
[0021] 图3为本发明电动调角机构的结构示意图。
[0022] 图4为本发明摩擦盘的结构示意图。
[0023] 图5为本发明旋转轴系的结构示意图。
[0024] 图6为本发明轴向位移调节机构的结构示意图。
[0025] 图7为本发明岸基式水下PIV测试装置的结构示意图。
[0026] 图8为本发明碟刹装置的工作原理气路图。
[0027] 其中：1、电动调角机构；2、角度传感器；3、第一碟刹装置；4、第二碟刹装置；5、第三碟刹装置；6、第四碟刹装置；7、第一轴向位移调节机构；8、第二轴向位移调节机构；9、岸基式水下PIV测试装置；10、电动滚珠丝杠；19、循环水槽安装架；20、试验模型；21、循环水槽试验段；
[0028] 11、电机；12、减速机；13、输出轴法兰；14、摩擦盘；15、旋转轴法兰；16、固定架； 17、旋转轴系； 18、支撑轴；
[0029] 1401、方形通孔； 1402、摩擦臂；
[0030] 171、旋转轴；172、平键；173、防尘盖；174、外壳；175、第一轴承；176、第二轴承；177、密封盖；
[0031] 81、固定底座；82、滚动直线导轨副；83、滑板；
[0032] 91、片光系统；92、第一支撑臂；93、第一相机组件；94、第一反光镜组；95、第二支撑臂；96、第二反光镜组；97、第二相机组件。
具体实施方式
[0033] 下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
[0034] 如图1‑图8所示，本实施例的适用于循环水槽大扭矩可变攻角PIV测试系统，包括循环水槽试验段21，循环水槽试验段21侧部安装有试验模型20，试验模型20底部设置岸基式水下PIV测试装置9；循环水槽试验段21的顶部设置有循环水槽安装架19，循环水槽安装架19顶面对称固定有第一轴向位移调节机构7和第二轴向位移调节机构8，第一轴向位移调节机构7和第二轴向位移调节机构8上均设置有滑板，滑板沿循环水槽水流方向自由移动，第一轴向位移调节机构7和第二轴向位移调节机构8的滑板顶面同时安装电动调角机构1，电动调角机构1底部与试验模型20连接，电动调角机构1上通过三角架固定有角度传感器2；第一轴向位移调节机构7的滑板上安装第一碟刹装置3和第二碟刹装置4，第二轴向位移调节机构8的滑板上安装有第三碟刹装置5和第四碟刹装置6；循环水槽安装架19顶面还安装有电动滚珠丝杠10，电动滚珠丝杠10的丝杠托板与第二轴向位移调节机构8的滑板固定连接，驱动试验模型20沿循环水槽水流方向进行位置调节。
[0035] 电动调角机构1的结构为：包括与第一轴向位移调节机构7和第二轴向位移调节机构8连接的固定架16，固定架16上的中部通过旋转轴法兰15安装旋转轴系17，旋转轴系17的底部通过法兰固定有支撑轴18，支撑轴18底部与试验模型20连接，旋转轴系17上安装有摩擦盘14，旋转轴系17的顶部安装有输出轴法兰13，输出轴法兰13通过双键安装减速机12，减速机12通过驱动电机11驱动。
[0036] 摩擦盘14的结构为：包括设置在中部的圆盘，圆盘的中间开有方形通孔1401，方形通孔1401用于输出轴法兰13的方形凸台过盈连接，传递制动力矩，圆盘的外圆周方向均匀间隔固定有多个摩擦臂1402。
[0037] 每个摩擦臂1402呈T型结构。
[0038] 旋转轴系17的结构为：包括旋转轴171，旋转轴171外圆周面通过第一轴承175和第二轴承176安装外壳174，外壳174的底部安装密封盖177，外壳174的顶部安装防尘盖173，旋转轴171上还安装有平键172。
[0039] 第二轴承176为一对角接触球轴承。
[0040] 第一轴向位移调节机构7和第二轴向位移调节机构8的结构相同，其中第二轴向位移调节机构8的结构为：包括固定底座81，固定底座81呈直角形结构，固定底座81的顶部通过紧固件安装滑板83，滑板83与固定底座81之间间隔安装有多个滚动直线导轨副82。
[0041] 岸基式水下PIV测试装置9的结构为：包括位于两头的第一支撑臂92和第二支撑臂95，第一支撑臂92和第二支撑臂95的内部中空、并与外界空气连通，外部激光器导光臂通过第一支撑臂92内部空间与片光系统91连接，形成片光源，第一反光镜组94进行轴向位置和角度调节，与第一相机组件93配合对照明区域拍摄，第二反光镜组96进行轴向位置和角度调节，与第二相机组件97配合对照明区域拍摄，第一相机组件93控制线缆从第一支撑臂92内部空间穿出到外部空间，第二相机组件97控制线缆从第二支撑臂95内部空间穿出到外部空间。
[0042] 第一碟刹装置3、第二碟刹装置4、第三碟刹装置5、第四碟刹装置6放置在循环水槽内部，通过气管接头并联后穿到水槽外部，穿出后的气管分为两路，一路连接第一球阀和气源，另一路连接第二球阀，并在第二球阀前安装压力表，第一球阀关闭，第二球阀打开，此时碟刹装置不工作，压力表读数为0，第一球阀打开，第二球阀关闭，此时碟刹装置工作，压力表读数为碟刹装置工作压力。
[0043] 本发明的具体结构和功能如下：
[0044] 主要包括电动调角机构1、角度传感器2、第一碟刹装置3、第二碟刹装置4、第三碟刹装置5、第四碟刹装置6、第一轴向位移调节机构7、第二轴向位移调节机构8、岸基式水下PIV测试装置9以及电动滚珠丝杠10。
[0045] 第一轴向位移调节机构7和第二轴向位移调节机构8对称固定在循环水槽安装架19上，滑板可沿循环水槽水流方向自由移动。
[0046] 电动调角机构1的固定架16两端安装面分别与第一轴向位移调节机构7和第二轴向位移调节机构8的滑板固定连接，试验模型20与电动调角机构1的支撑轴18固定连接，可由电机11驱动试验模型20进行攻角调整。
[0047] 角度传感器2通过三角架固定在电动调角机构1的固定架16上，并通过弹性联轴器与电动调角机构1的减速机12输出轴上端连接，对模型攻角调整进行实时反馈。
[0048] 第一碟刹装置3、第二碟刹装置4固定在第一轴向位移调节机构7的滑板上，第三碟刹装置5、第四碟刹装置6固定在第二轴向位移调节机构8的滑板上。
[0049] 电动调角机构1的摩擦臂1402位于碟刹装置上下刹车片的中间，角度调节状态下，第一碟刹装置3、第二碟刹装置4、第三碟刹装置5、第四碟刹装置6的上下刹车片与电动调角机构1的摩擦臂1402不接触，通气加压状态下，第一碟刹装置3、第二碟刹装置4、第三碟刹装置5、第四碟刹装置6的上下刹车片抱死电动调角机构1的摩擦臂1402，实现角度锁定。
[0050] 电动滚珠丝杠10固定在循环水槽安装架19上，其丝杠托板与第二轴向位移调节机构8的滑板83固定连接，从而驱动试验模型20沿循环水槽水流方向进行位置调节。
[0051] 岸基式水下PIV测试装置9通过第一支撑臂92和第二支撑臂95固定在循环水槽侧壁上，通过片光系统91照明测量区域，采用第一相机组件93和第一反光镜组94配合、第二相机组件97和第二反光镜组96配合对照明区域进行拍摄，构成流场2D3C测量系统。
[0052] 如图3所示，电动调角机构1包含驱动电机11、减速机12、输出轴法兰13、摩擦盘14、旋转轴法兰15、固定架16、旋转轴系17以及支撑轴18。
[0053] 驱动电机11与减速机12输入端法兰固定连接，减速机12底座与固定架16上安装面固定连接，输出轴法兰13通过双键与减速机12的输出轴下端之间连接，摩擦盘14与输出轴法兰13之间通过方形凸台过盈连接并用螺钉固定，旋转轴法兰15与输出轴法兰13之间螺钉固定连接，并通过双键与旋转轴171上端连接，外壳174与安装架下安装面固定连接，支撑轴18一端与旋转轴171法兰端固定连接，另一端与试验模型20连接。
[0054] 如图4所示，摩擦盘14中间为方形通孔1401，用于输出轴法兰13的方形凸台过盈连接，传递制动力矩。四边伸出T型摩擦臂1402，与碟刹装置配合施加制动力矩。
[0055] 如图5所示，旋转轴系17包含旋转轴171、平键172、防尘盖173、外壳174、第一轴承175、第二轴承176以及密封盖177。
[0056] 第二轴承176为一对角接触球轴承，用来承受模型重力及产生的推力。密封壳上安装有格莱圈，防止水槽内水流进入轴承腔内。
[0057] 如图6所示，第二轴向位移调节机构8包含固定底座81、滚动直线导轨副82以及滑板83。
[0058] 导轨副导轨固定在固定底座81下安装面上，导轨副滑块与滑板固定连接。固定底座81与循环水槽安装架19固定连接，其上安装面开有T型槽，可通过螺丝对滑板位置进行锁定。
[0059] 如图7所示，岸基式水下PIV测试装置9主要由片光系统91、第一支撑臂92、第一相机组件93、第一反光镜组94、第二支撑臂95、第二反光镜组96以及第二相机组件97。
[0060] 各组件连接处均安装有密封圈，实现电气元件所在空间的密封。第一支撑臂92和第二支撑臂95内部中空、并与外界空气连通。外部激光器导光臂通过第一支撑臂92内部空间与片光系统91连接，形成片光源。第一反光镜组94可进行轴向位置和角度调节，与第一相机组件93配合对照明区域拍摄。第二反光镜组96可进行轴向位置和角度调节，与第二相机组件97配合对照明区域拍摄。第一相机组件93控制线缆从第一支撑臂92内部空间穿出到外部空间，第二相机组件97控制线缆从第二支撑臂95内部空间穿出到外部空间。
[0061] 如图8所示，第一碟刹装置3、第二碟刹装置4、第三碟刹装置5、第四碟刹装置6放置在循环水槽内部，通过气管接头并联后穿到水槽外部。穿出后的气管分为两路，一路连接第一球阀和气源，另一路连接第二球阀，并在第二球阀前安装压力表。第一球阀关闭，第二球阀打开，此时碟刹装置不工作，压力表读数为0。第一球阀打开，第二球阀关闭，此时碟刹装置工作，压力表读数为碟刹装置工作压力。
[0062] 本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识，不做描述。
[0063] 实际测试过程中，试验模型20安装至电动调角机构1底部支撑轴18上，岸基式水下PIV测试装置9固定在循环水槽试验段21侧面，确定试验模型20零度角，角度传感器2置零，运行电动调角机构1带动试验模型20到指定攻角(以角度传感器2显示角度为准)，关闭第二球阀，打开第一球阀通气加压，实现攻角锁定。运行电动滚珠丝杠10，带动试验模型20在轴向移动，使得模型流场测量位置与片光照明位置重合，然后用螺丝固定滑板83和固定底座81。启动PIV测试装置对目标测量区域进行流场测量，通过该套系统可快速的实现模型攻角和PIV测量位置的改变。
[0064] 以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
