角速度和入水角度可控的高速旋转物体稳定入水实验装置的制作方法

1.本实用新型属于水动力学实验领域，具体涉及一种角速度和入水角度可控的高速旋转物体稳定入水实验装置。


背景技术：

2.物体入水问题研究已有一个世纪之久，第二次世界大战促使对入水问题的研究拓展到武器入水过程中的冲击载荷和水下弹道等各个方面。入水过程是这类武器从空中弹道进入到水下弹道的一个重要环节。该过程具有强瞬时性、非定常性及高载荷性等特性，并且伴随着相变、湍动、漩涡等复杂流动现象，对武器的弹道特性和结构特性都会产生重大的影响。
3.空投鱼雷、跨介质射弹等武器发射后的运动过程中常伴有高速旋转，在入水过程中武器周围多相流流场必然受到武器自身旋转带来的扰动从而导致其流场特性更加复杂，进而改变水动力特性，对武器弹道特性造成影响，从而改变武器的打击精度及作战性能。因此，高速旋转运动武器入水过程的研究对于水中兵器等领域具有极为重要的研究意义。
4.由于跨介质入水过程在极短的时间内呈现出大量非常复杂的物体现象，对其进行理论分析极其困难。因此，入水实验成为对入水问题研究的有效手段。入水实验通常指结构物从空气运动至水中并通过可视化设备及数据采集装置记录的过程。为保证实验的精准度和正确性，要求实验台在物体发射瞬间承受反冲击作用力的同时对物体发射姿态没有扰动影响，具有较好的稳定性。同时，还要求一台多用，即可任意调节物体发射高度、发射角度以及发射位置。对于带有自旋角速度的物体入水，实验装置则更加复杂严苛，还必须要求满足可调不同旋转角速度、可使自旋物体稳定释放、释放后空中运动姿态稳定等多个要求，因此，对于自旋物体入水的实验装置一直是一个难点。现阶段研究中，与现实相匹配的高速自旋物体入水实验数据匮乏，对自旋物体入水过程中的研究几乎只能依靠数值计算模拟而无法提供有效的实验数据支撑。
5.在公开号cn106353066a的实用新型创造中，公开了一种旋转物体稳定高速变角度入水实验装置，包括物体释放装置及物体旋转装置。使用旋转齿轮及与旋转齿轮相配合旋转头的驱动电机使入水物体旋转，但驱动电机通过齿轮传动损耗较大，大传动比时物体难以达到较高的自旋角速度。高压气管通气使物体释放时冲击力较大，仅靠导杆固定发射装置难免对物体释放姿态造成扰动，释放后的物体在空中的运动稳定程度无法保证，且在释放过程中，喷出的高压气体在短时间内持续作用在物体及物体后方，在空泡形成发展的过程中难免对外界空气涌入空泡体积造成影响，使得对物体入水问题的研究严谨程度无法保证。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种角速度和入水角度可控的高速旋转物体稳定入水实验装置，其具体技术方案如下：一种角速度和入水角度可控的高速旋转物
体稳定入水实验装置，包括：
7.自旋发射角速度调节机构，所述自旋发射角速度调节机构用于放置入水物体并调节其自旋角速度；
8.角度调节机构，所述角度调节机构和所述自旋发射角速度调节机构连接并调节其角度，以调整入水物体的入水角度；
9.支撑机构，所述支撑机构与所述角度调节机构连接并给予其支撑作用。
10.优选地，所述自旋发射角速度调节机构，包括：
11.发射基座，所述发射基座与所述角度调节机构连接，所述入水物体从所述发射基座处射出；
12.驱动电机，所述驱动电机与所述发射基座连接，提供所述入水物体旋转驱动力；
13.电磁铁，所述电磁铁的一端与所述驱动电机的输出轴连接，另一端与所述入水物体连接，以实现入水物体与输出轴共同旋转；
14.电源控制器，所述电源控制器与所述电磁铁连接，控制所述电磁铁得电或失电，以实现所述电磁铁对入水物体的吸附和释放。
15.优选地，所述角度调节机构，包括：调角圆盘，所述调角圆盘与所述自旋发射角速度调节机构固定连接，所述调角圆盘与所述支撑机构铰接；所述调角圆盘在所述支撑机构的支撑下，自身进行旋转，带动所述自旋发射角速度调节机构，调节入水物体的入水角度。
16.优选地，所述支撑机构，包括：
17.三角支撑架，所述三角支撑架固定在平面为实验装置整体提供支撑；
18.套筒，所述套筒套于所述三角支撑架的上柱，所述套筒能够沿着所述上柱上下移动；
19.固定板，所述固定板安装于所述三角支撑架上方，所述固定板用于与所述角度调节机构连接。
20.优选地，还包括导向机构，所述导向机构位于所述自旋发射角速度调节机构的下方，以保证入水在经所述自旋发射角速度调节机构发射后在空中运动轨迹保持稳定。
21.优选地，还包括角度水平仪，所述角度水平仪固定于所述发射基座处，当所述发射基座竖直放置时，所述角度水平仪显示为90度。
22.优选地，所述调角圆盘为半圆形结构，其表面开设三道平行的弧状的调节槽。
23.优选地，所述调角圆盘的转动范围为30
°‑
150
°
。
24.优选地，所述发射基座为车有水平台阶的柱状结构，其下方台阶的外侧面设有内凹的半圆槽；其上方台阶的外侧面保持竖向平整。
25.优选地，还包括透明水箱，所述透明水箱位于所述自旋发射角速度调节机构下方。
26.本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种可控角速度连续入水角度物体高速旋转稳定入水实验装置，可以实现高速旋转入水物体以不同角度不同初速度精确稳定入水。
附图说明
27.图1为本实用新型的一实施例的角速度和入水角度可控的高速旋转物体稳定入水实验装置整体结构示意图
28.图2为本实用新型的一实施例的角速度和入水角度可控的高速旋转物体稳定入水实验装置局部结构示意图
29.图3为本实用新型的一实施例的角速度和入水角度可控的高速旋转物体稳定入水实验装置自旋发射机构示意图
30.附图标记说明：1——驱动电机，2——电机架，3——联轴器，4——过孔滑环，5——双头螺杆，6——电磁铁，7——法兰盘导向轴支座，8——入水物体，9——导向管，10——发射基座，11——角度水平仪，12——透明强力胶带，13——调角圆盘，14——锁紧螺母，15——固定板，16——锁紧螺栓，17——支撑板，18——支撑圆柱，19——升降套筒，20——三脚支撑架，21——透明水箱。
具体实施方式
31.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
32.本实用新型提供一个实施例，一种角速度和入水角度可控的高速旋转物体稳定入水实验装置，包括：
33.自旋发射角速度调节机构、角度调节机构和支撑机构。自旋发射角速度调节机构用于放置入水物体并调节其自旋角速度；角度调节机构和自旋发射角速度调节机构连接并调节其角度，以实现调整入水物体的入水角度；支撑机构与角度调节机构连接并给与其支撑。
34.基于上述实施例，提供一优选实施例，如图1所示，为本实施例的角速度和入水角度可控的高速旋转物体稳定入水实验装置整体结构示意图。在本实施例中，支撑机构包括固定板15、升降套筒19和三角支撑架20。三角支撑架20的数量为两个，其相对而立。两个三脚支撑架20底端均与地面接触，三角支撑架20的上柱安装有升降套筒19，固定板15固定于上柱上方。
35.作为一优选实施例，升降套筒19使用螺栓固定于三角支撑架20。三角支撑架20的上方包括一对叠套管，根据上下位置分别称作上柱和下柱。上柱的直径小于下柱。升降套筒19固定于下柱的顶端，上柱伸入下柱后通过拧紧升降套筒19的螺栓固定上柱，从而调节上柱及各部件高度。即可通过可拆卸套接螺栓调整固定自旋发射装置纵向高度。升降套筒19是成熟的现有技术。
36.作为一优选实施例，包括一个支撑圆柱18。支撑圆柱18套接于三角支撑架20上方，其通过螺栓与三角支撑架20固定连接。
37.作为一优选实施例，包括支撑板17。支撑板17为l型结构，其底板开设通孔，套于三角支撑架20的上柱，其侧板使用螺栓与上柱实现固定。固定板15的一端架于底板上，并使用锁紧螺栓16固定。固定板15的中间开设通孔，另一个三角支撑架20穿过通孔并架设于支撑圆柱18上方支撑圆柱18给与固定板15以支撑。
38.如图2所示，为本实用新型的一个实施例的结构图。在本实施例中，角度调节机构包括调节圆盘13，自旋发射角速度调节机构包括发射基座10、驱动电机1、电磁铁6和入水物体8。发射基座10与调节圆盘13固定，驱动电机1固定于发射基座10上，驱动电机1的输出轴与电磁铁6连接，入水物体8与电磁铁吸附。
39.作为一优选实施例，固定板15的右端开设u型缺口。调节圆盘13一侧平整，另一侧为弧形面。调节圆盘13插入u型缺口中并与固定板15保持垂直。在调节圆盘13的盘面开设三道弧形的调节槽，通过三对穿过圆弧通槽的相向锁紧螺栓16和锁紧螺母14对调角圆盘13施加预紧力将调角圆盘13相对支撑机构固定锁死。调节基座10固定调角圆盘13的平整面。
40.本实施例的角度调节机构能够在30
°
~150
°
范围内调整倾斜发射角度，支撑机构可通过可拆卸套接螺栓调整固定自旋发射装置高度，即发射位置横向、纵向均可调整。
41.作为一优选实施例，调节基座10与平整面焊接固定。角度水平仪11固定于发射基座10处，当发射基座竖直放置时，角度水平仪显示为90度。采用角度水平仪测量入水角度，角度水平仪后部内置强力磁铁固定吸附在发射基座端面上，角度可直接在电子显示屏中以数字的形式显示，可快速准确调节并清晰读轴与吸附物体的电磁铁6通过联轴器等元器件实现共同旋转。驱动电机使用电机架2固定在调节基座10上，过孔滑环4与电机输出轴通过双头螺杆5和联轴器3串联并用细头螺栓锁紧固定，过孔滑环4一端与控制电磁铁得电/失电的电源控制器通过导线连接，另一端与电磁铁6通过导线连接，双头螺杆5另一端与电磁铁6内孔螺纹连接固定。电磁铁6与控制电磁铁得电/失电的电源控制器通过导线连接，用于当驱动电机带动的自旋入水物体8转速达到要求后控制电磁铁6失电释放自旋入水物体8。
42.本实施例中，自旋发射机构中释放装置采用电磁铁控制式，入水物体与电磁铁接触吸附端设为铁质或内部含有铁质材料。当电磁铁通电时产生强吸力吸附物体带动物体同步转动，断电后失去吸附力物体可在高速旋转的状态下瞬间释放。电磁释放装置对物体的形状几乎没有要求，只要可被电磁铁吸附即可，因此在后续对不同物体旋转入水实验无需更换实验装置，加快实验进程，方便高效。
43.本实施例中，自旋发射机构中角速度调节采用驱动电机控制，大扭矩电机输出轴转速可根据电源控制器电压调节，不同电压对应不同驱动电机转速从而控制入水物体不同自旋角速度。
44.作为一优选实施例，法兰盘导向轴支座7孔稍大于入水物体8与电磁铁6的接触面并与电磁铁6通过强力胶固定粘连，用以确保物体稳定旋转。
45.作为一优选实施，入水物体8与电磁铁6接触吸附端设为铁质或内部含有铁质材料，当电磁铁6通电时产生强吸力吸附物体带动物体同步转动，断电后失去吸附力物体可在高速旋转的状态下瞬间释放。电磁释放装置对物体的形状几乎没有要求，可以为球体、锥体、圆柱体或其他形状的带有电磁吸附材料的物体。
46.作为一优选实施例，导向机构选用导向管9。导向管9安置于发射基座10半圆槽内并通过透明强力胶带12与发射基座10粘连固定，可有效保证导向管纵向不发生纵向移动，导向管与自旋发射装置始终同轴。本实施例针对为保证物体发射后在空中的运动轨迹不受干扰而设置了导向机构，从而保证了物体在空中运动轨迹的精确度，避免了空中运动时由于高速旋转引起的马格努斯力等空气作用力可能引起的倾角的改变或轨迹的偏移，还可防止物体在高速旋转过程中脱落预定轨迹造成危险。
47.作为一优选实施例，透明水箱21为5块较厚的有机玻璃通过强力胶粘接而成，顶部敞口。
48.实验时，操作人员首先对整个装置的连接强度进行检查，然后根据预先设定的入水参数对入水物体8的发射高度与入水角度进行调节。调整到合适位置后拧紧锁紧螺栓16
使各元器件方位固定，通过控制驱动电机1的输入端电压使入水物体8达到预设转速值并稳定旋转后断开电磁铁电源使高速旋转状态下的入水物体8瞬间释放，记录入水过程，完成实验，后续对所采集数据进行处理即可。
49.可见，本实施例为研究高速旋转的结构物入水后水动力特性及弹道特性提供实验保障和数据支撑。装置简单实用，功能多样化，高效安全，易于搭建，能够节省大量费用成本，可靠性和耐用性均有保障。
50.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
51.本技术中的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
52.本技术中的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
53.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。