流體力學(xué)多功能實驗裝置設(shè)計與應(yīng)用

鞠曉群 羅念寧 于東 王威

流速測量裝置設(shè)計? 流速測量裝置包括皮托管夾具、皮托管、差壓變送器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。皮托管的總壓和靜壓口分別與差壓變送器通過橡膠管連接，數(shù)據(jù)采集設(shè)備能夠記錄差壓變送器輸出的4～20 mA的電流值，通過電流值與壓差的對應(yīng)關(guān)系及伯努利方程即可計算流速。

電控系統(tǒng)設(shè)計? 電控系統(tǒng)由傳感器、ECU、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等硬件和系統(tǒng)程序、采集程序、控制程序等軟件組成。舵翼的浸沒深度及攻角調(diào)節(jié)、皮托管的平面運動、數(shù)據(jù)采集等都通過上位機(jī)控制面板來完成，控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

3 實驗教學(xué)應(yīng)用

將實驗裝置安裝在循環(huán)水槽試驗段，為本科生開展舵翼升阻力和皮托管流速測量實驗，裝置安裝方式如圖4所示。實驗時先維持電機(jī)恒定轉(zhuǎn)速，測量水槽斷面橫向和豎向各五個點的流速以及舵翼在0.5 m浸深不同攻角下的升阻力，然后測量不同電機(jī)轉(zhuǎn)速下水槽斷面某一點流速及舵翼升阻力，具體工況參數(shù)如表1所示。

在不同工況下，差壓變送器和三分力天平輸出的信號經(jīng)過處理，得到的實驗結(jié)果如圖5～圖7所示。可以看出，皮托管流速和舵翼升阻力測量精度可達(dá)1%，工況變化范圍較廣，舵翼阻力隨攻角變大逐漸升高，升力先升高后減小，在29°左右發(fā)生失速現(xiàn)象，實驗裝置完全可以滿足本科教學(xué)任務(wù)。

4 總結(jié)

與現(xiàn)有實驗設(shè)備對比，該裝置具有以下特點：

1）可同時進(jìn)行皮托管流速和舵翼升阻力測量實驗，免去實驗時多次拆裝實驗裝置的麻煩，提高實驗效率;

2）可在水槽流場斷面1.2 m寬*0.6 m高的范圍內(nèi)自動連續(xù)采樣測量流速;

3）自動調(diào)節(jié)舵翼浸深和攻角，且攻角控制精確，可測量不同狀態(tài)下的舵翼升阻力和扭矩[11];

4）自動化程度高，所有機(jī)械運動和數(shù)據(jù)采集均可通過控制面板來操作，不僅提高了實驗效率，而且滿足實踐教學(xué)的需要，增強了實驗教學(xué)效果[12]。

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