一种基础翼型的水动力特性测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于水动力特性测试技术领域，具体涉及一种基础翼型的水动力 特性测试装置，本发明还涉及基于上述装置的测试方法。

背景技术

圆弧、对称及儒可夫斯基等翼型不仅应用于风力机叶片、飞机机翼，同 样也应用于诸如水轮机导叶等水力机械翼型，很多复杂的翼型可以理解为圆 弧、对称、儒科夫斯基等基础翼型的变形或叠加。以往对这些基础翼型的研 究主要集中于空气动力特性领域，对其水动力特性的测试研究较少。翼型在 不同攻角、不同水流流速下的表面应力、升力、阻力的变化规律与该翼型的 效率、空化性能、寿命等密切相关。因此，研究基础翼型的水动力特性具有 十分重要的意义。研究水动力特性最有效、最直接的方法仍是水动力学试验。 研究圆弧、对称及儒科夫斯基水动力特性，就需要分别对圆弧翼型的不同弯 度、对称翼型不同厚度及儒科夫斯基的不同弯度和不同厚度分别进行测试， 测试不同参数的翼型在变流速、变攻角下的水动力特性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基础翼型的水动力特性测试装置，可以测量不 同类型的翼型的水动力特性。

本发明的目的还在于提供基于上述测试装置的测试方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种基础翼型的水动力特性测试装 置，包括依次连通连接的圆柱状的入口段、用于圆形到方形过渡的入口过渡 段、长方体的试验段、用于方形到圆形过渡的出口过渡段、圆柱状的出口段， 试验段的一个表面上开有方形孔，方形孔上固定钢化玻璃，钢化玻璃的中心 处开有第一卡槽，第一卡槽内设置有第一轴承，试验段上开有与第一卡槽相 对称的第二卡槽，第二卡槽内设置有第二轴承。

本发明的特点还在于：

钢化玻璃通过螺钉固定于试验段上。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种基础翼型的水动力特性测试装 置的测试方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、在基础翼型的正反面均贴应变片；

步骤2、将步骤1中正反面均贴应变片的基础翼型安装于第一轴承和第 二轴承之间，并将基础翼型的轴与步进电机的轴通过联轴器连接；

步骤3、从入口段充入水，并启动步进电机；

步骤4、水流速度固定，攻角从0°开始，每Δθ°一个增加量，分别测 量基础翼型在每个攻角下的水动力特性；采集应变片产生的信号，得到水动 力特性数据。

本发明第二种技术方案的特点还在于，

攻角范围为0°～90°。

基础翼型为圆弧翼型或者对称翼型或者儒科夫斯基翼型。

还包括步骤5、以Δv为一个增加量改变水流速度，重复步骤3和步骤4。

水流速度不大于1.6m/s。

本发明的有益效果是：

①本发明一种基础翼型的水动力特性测试装置，可用于在特定水流速度 下，通过动、静态改变基础翼型攻角的变化，从而研究攻角变化对基础翼型 水动力特性的影响；

②本发明一种基础翼型的水动力特性测试装置，可以改变水流速度，从 而研究水流速度对基础翼型的水动力特性的影响；

③本发明一种基础翼型的水动力特性测试装置，可以方便更换基础翼型 的类型，从而研究不同类型的基础翼型的水动力特性。

附图说明

图1是本发明一种基础翼型的水动力特性测试装置的结构示意图；

图2是图1中A-A'方向剖面图。

图中，1.入口段，2.入口过渡段，3.试验段，4.出口过渡段，5.出口段， 6.方形孔，7.第二卡槽，8.基础翼型，9.螺钉，10.步进电机，11.联轴器.12. 第一轴承，13.第二轴承，14.第一卡槽，15.钢化玻璃。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种基础翼型的水动力特性测试装置的结构示意图如图1所示， 包括依次连通连接的圆柱状的入口段1、用于圆形到方形过渡的入口过渡段 2、长方体的试验段3、用于方形到圆形过渡的出口过渡段4、圆柱状的出口 段5，试验段3的一个表面上开有方形孔6，方形孔6上固定钢化玻璃15， 如图2为图1中A-A'方向剖面图，钢化玻璃15的中心处开有第一卡槽14， 第一卡槽14内设置有第一轴承12，试验段3上开有与第一卡槽14相对称的 第二卡槽7，第二卡槽7内设置有第二轴承13。

其中，入口段1、入口过渡段2、试验段3(除钢化玻璃15处外)、出口 过渡段4、出口段5均采用不锈钢材料。

其中，钢化玻璃通过螺钉9固定于试验段3上。

在试验段3的方形孔6处固定钢化玻璃15是为了人可以透过玻璃清楚 的看到装置里面的情况，用螺钉9固定钢化玻璃15是为了可以轻松的将钢 化玻璃15取下而更换不同的基础翼型8。

本发明一种基础翼型的水动力特性测试装置的测试方法，具体按照以下 步骤实施：

步骤1、在基础翼型8的正反面均贴应变片，其中，基础翼型8为圆弧 翼型或者对称翼型或者儒科夫斯基翼型；

步骤2、将步骤1中正反面均贴应变片的基础翼型8安装于第一轴承12 和第二轴承13之间，并将基础翼型8的轴与步进电机10的轴通过联轴器11 连接；

步骤3、从入口段1充入水，并启动步进电机10；

步骤4、水流速度固定，攻角从0°开始至90°，每Δθ°一个增加量， 分别测量基础翼型8在每个攻角下的水动力特性；采集应变片产生的信号， 得到水动力特性数据。

步骤5、以Δv为一个增加量改变水流速度，水流速度不大于1.6m/s，重 复步骤3和步骤4。

当测试完一种基础翼型8，管道排水，然后把步进电机10停机，拆卸掉 已经测试完的基础翼型8，更换其他类型的基础翼型8，重复上述步骤1-5， 采集其水动力特性数据，得到不同类型的基础翼型8的水动力特性，同时得 到不同参数时的基础翼型8的水动力特性。

测试时，本发明一种基础翼型的水动力特性测试装置置于闭环系统中， 为试验段3提供稳定流，基础翼型8的正反面均贴应变片，稳定流对基础翼 型8有一定的冲击力，冲击力作用于基础翼型8的正反面，应变片产生电信 号，应变片用导线与外部设备连接，收集所产生的信号，即为水动力特性测 试数据，得到可用于研究基础翼型8在特定参数下的水动力特性试验数据。

具有一定速度V的水流首先流过入口段1，进入入口过渡段2，在进入 试验段3，试验段3内水流近似稳定流，基础翼型8安装于圆孔7处，基础 翼型8主要考虑厚度和弯度，基础翼型8与步进电机10连接，使得基础翼 型8可以在试验段中转动，基础翼型8弦长方向与水流方向有一定的夹角， 即攻角，攻角可以由基础翼型8转动而变化，模拟水流中攻角的改变，可获 得动、静态的攻角变化，同时，通过改变水流速度V的大小，模拟试验水流 速度的变化。