本發(fā)明涉及一種表面阻力測(cè)試裝置，具體的說是一種基于水下的多功能仿生表面減阻測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，海洋戰(zhàn)略是各個(gè)國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略，海洋中有許多資源，對(duì)于發(fā)展國(guó)家經(jīng)濟(jì)也大有裨益，因此提高發(fā)展海洋安全也是每個(gè)國(guó)家不可缺少的戰(zhàn)略。關(guān)于海洋安全和經(jīng)濟(jì)，海洋中的航行工具，比如船舶、魚類、艦艇，都在海洋的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中和國(guó)防安全中也發(fā)揮著巨大的影響力。如今能源需求越來越大，能源儲(chǔ)量也日益減少，因此如何讓海洋中的船只艦艇更高效的航行成為了一個(gè)亟待解決的問題，既要提高能源利用效率，又要提高船舶的航行速度，那么如何減少在航行時(shí)遇到的阻力成了研究的關(guān)鍵，這個(gè)問題目前也是科技界研究的熱點(diǎn)。

海洋中航行體在運(yùn)行過程中一般需要克服三種阻力。其中的摩擦阻力占到50％，更有甚者，例如潛艇、魚雷等，該比例可達(dá)到70％，可見摩擦阻力對(duì)船體運(yùn)行速度和能源消耗有著重大的影響，在航行過程中，減少摩擦阻力顯得特別重要。不僅僅在水中，通過不同領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在空氣中的飛行工具也會(huì)遇到同樣的問題，比如日常出行的飛機(jī)，空氣對(duì)它的阻力接近一半，又如那些飛行速度更高的戰(zhàn)斗機(jī)，摩擦阻力也高達(dá)50％。管道運(yùn)輸中，80％以上的能量用來消耗克服表面摩擦阻力。更有一些實(shí)驗(yàn)研究表明，在進(jìn)行流體實(shí)驗(yàn)時(shí)，如采用湍流，雷諾數(shù)將達(dá)到10⁵，相比層流而言，流體的粘性力也會(huì)提升十倍，所以通過這些實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，航行體表面流體剪切應(yīng)力增大，損耗也將上升。

為了減小船舶航行時(shí)的阻力，仿生減阻是目前非常熱門的一個(gè)研究方向。例如海豚、鯊魚，通過對(duì)這些在海洋中游泳健將的模仿，研究海洋生物快速游動(dòng)的特性。通過仿生領(lǐng)域科學(xué)家對(duì)這些相關(guān)生物的分析觀察，通過從外形到表皮、器官的研究發(fā)現(xiàn)，在其表皮上，有著不一樣的構(gòu)造，在高倍的顯微鏡下，有著特殊的微結(jié)構(gòu)特性。并且鯊魚鰓部的射流結(jié)構(gòu)能夠有助于減小游動(dòng)時(shí)的阻力?？茖W(xué)家將具有這些特征的表面投入實(shí)驗(yàn)，在對(duì)比中發(fā)現(xiàn)就是這些特殊表面能夠有效地改善表面流體的湍流特征，使其在游動(dòng)中具有更快更高的速度。

仿生非光滑表面減阻技術(shù)和仿生射流減阻技術(shù)在流體減阻領(lǐng)域中一直是研究的熱點(diǎn)。人們?cè)诓捎酶鞣N新穎減阻技術(shù)的時(shí)候，為了更準(zhǔn)確的掌握其機(jī)理，記錄其準(zhǔn)確的減阻效果，需要借助一些高端的設(shè)備加以實(shí)驗(yàn)，一般進(jìn)行流體阻力測(cè)試實(shí)驗(yàn)大都采用水洞裝置，水洞裝置由于其成本高昂，機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，占地面積廣，實(shí)驗(yàn)中的流場(chǎng)難以模擬，并且實(shí)驗(yàn)周期很長(zhǎng)，這樣一來使得水洞裝置在現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)中具有很大的局限性。即使是如今已經(jīng)研制出來的小型的流體力學(xué)測(cè)試裝置，都是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的，故為了需要解決實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)試樣的多樣性，基于方便安裝拆卸，能在多種條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的要求。設(shè)計(jì)研發(fā)一臺(tái)小型的、造價(jià)低廉，具備多種試驗(yàn)功能，使用起來安裝拆卸都比較方便，并且能夠適應(yīng)不同流體試驗(yàn)的裝置顯得格外關(guān)鍵，對(duì)減阻研究具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決目前的流體力學(xué)測(cè)試裝置機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜，占地面積廣，實(shí)驗(yàn)中的流場(chǎng)難以模擬，并且實(shí)驗(yàn)周期很長(zhǎng)的問題，本發(fā)明提出了一種小型的、造價(jià)低廉，具備多種試驗(yàn)功能，使用起來安裝拆卸都比較方便，并且能夠適應(yīng)不同流體試驗(yàn)的基于水下的多功能仿生表面減阻測(cè)試裝置。

本發(fā)明所述的基于水下的多功能仿生減阻測(cè)試裝置，包括試驗(yàn)平臺(tái)支架、試驗(yàn)測(cè)試組件、動(dòng)力輸入組件、扭矩信號(hào)采集組件、配水組件和移動(dòng)組件，所述的動(dòng)力輸入組件、試驗(yàn)測(cè)試組件、移動(dòng)組件和所述的配水組件安裝在所述的試驗(yàn)平臺(tái)支架上，所述的移動(dòng)組件與所述的試驗(yàn)平臺(tái)支架固接；所述動(dòng)力輸入組件通過皮帶輪與所述的試驗(yàn)測(cè)試組件的動(dòng)力輸入端相連接，所述的第二試驗(yàn)測(cè)試組件的動(dòng)力輸出端與所述的扭矩信號(hào)采集組件連接；所述的扭矩信號(hào)采集組件安裝在所述的移動(dòng)組件上；所述配水組件的進(jìn)水管與所述的密封腔的入水口管道連接，所述配水組件的出水管與所述密封腔的出水口管道連接，其特征在于：所述的試驗(yàn)測(cè)試組件包括第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件、第二試驗(yàn)樣件測(cè)試組件以及密封筒組件，所述的第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件、第二試驗(yàn)樣件測(cè)試組件均置于所述的密封腔組件內(nèi)部，所述的第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件同軸設(shè)置在第二試驗(yàn)樣件測(cè)試組件內(nèi)腔；所述第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件包括第一試驗(yàn)樣件、第一試驗(yàn)樣件承載架、第一試驗(yàn)樣件擋圈和軸端擋圈，所述第一試驗(yàn)樣件承載架靠在動(dòng)力輸入軸的軸肩處，并通過動(dòng)力輸入軸軸肩和動(dòng)力輸入軸上的鍵實(shí)現(xiàn)軸向及周向定位，所述第一試驗(yàn)樣件同軸套裝在第一試驗(yàn)樣件承載架外部，第一試驗(yàn)樣件擋蓋安裝在第一試驗(yàn)樣件承載架的端面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)第一試驗(yàn)樣件擋蓋的軸向固定；

所述的第二試驗(yàn)樣件組件包括第二試驗(yàn)樣件、第二試驗(yàn)樣件左端蓋、第二試驗(yàn)樣件右端蓋和軸端擋圈，所述的第二試驗(yàn)樣件左端蓋和第二試驗(yàn)樣件右端蓋分別密封安裝在第二試驗(yàn)樣件兩端；第二試驗(yàn)樣件右端蓋同軸套接在扭矩輸出軸伸入密封腔組件內(nèi)腔的端部，并通過扭矩輸出軸的軸肩實(shí)現(xiàn)軸向固定；所述的軸端擋圈固連在扭矩輸出軸上，同時(shí)壓緊第二試驗(yàn)樣件右端蓋，通過壓緊力實(shí)現(xiàn)對(duì)第二試驗(yàn)樣件右端蓋的周向固定；

所述的扭矩信號(hào)采集組件包括扭矩信號(hào)耦合器、用于采集第二試驗(yàn)樣件扭矩的信號(hào)采集模塊、用于傳遞第二試驗(yàn)樣件扭矩的扭矩輸出軸、用于采集第一試驗(yàn)樣件扭矩的應(yīng)變片以及用于輸入動(dòng)力的動(dòng)力輸入軸，所述的矩信號(hào)耦合器安裝在所述的扭矩耦合器支座上；所述的扭矩輸出軸的一端伸入所述的密封腔組件內(nèi)部后安裝第二試驗(yàn)樣件；所述的扭矩輸出軸與所述的密封腔組件之間密封連接；

所述的動(dòng)力輸入組件包括電機(jī)、電機(jī)支撐座、皮帶輪、皮帶和動(dòng)力輸入軸，電機(jī)軸伸與動(dòng)力輸入軸上各安裝有皮帶輪，兩個(gè)皮帶輪之間用皮帶緊繃連接；所述的電機(jī)的軸伸通過皮帶輪與所述的動(dòng)力輸入軸相連，電機(jī)安裝在電機(jī)支撐座上保持與動(dòng)力輸入軸具有相同的中心高度；所述動(dòng)力輸入軸上鍵內(nèi)配有用于測(cè)量動(dòng)力輸入軸上扭矩的應(yīng)變片，所述的應(yīng)變片與外部信號(hào)處理器電連。

所述配水組件包括水槽、離心泵、進(jìn)水管、出水管、排水管、渦輪流量計(jì)和球閥，所述離心泵的進(jìn)水口通過管路引入所述的水槽中，所述的離心泵的出水口與所述的進(jìn)水管的進(jìn)水端相連，所述的進(jìn)水管的出水端與所述的密封腔的進(jìn)水口相連，所述的出水管的進(jìn)水端與密封腔左端蓋的試驗(yàn)出水管口相連，出水端引入所述的水槽內(nèi)，所述排水管的進(jìn)水端與密封腔體上的排水管口相連，出水端引入所述的水槽內(nèi)，所述的試驗(yàn)出水管和排水管均由試驗(yàn)平臺(tái)支架上的通孔支撐，整個(gè)試驗(yàn)過程實(shí)現(xiàn)測(cè)試用水的循環(huán)利用；所述的進(jìn)水管路上設(shè)置有渦輪流量計(jì)，在進(jìn)水管與出書管路上均設(shè)有球閥用來調(diào)節(jié)流量，整個(gè)進(jìn)水管路由進(jìn)水管支撐架支撐；配水組件的離心泵從水槽中抽取水通過進(jìn)水管輸送至密封腔體內(nèi)，并通過進(jìn)水管路上安裝的球閥、渦輪流量計(jì)控制進(jìn)水流量，進(jìn)而控制第二試驗(yàn)樣件上射流流速的大小。

所述的信號(hào)采集模塊包括扭矩輸出軸、梅花型聯(lián)軸器、扭矩耦合器、鍵槽板、扭矩耦合器支座、動(dòng)力輸入軸及其輸入軸上的鍵和應(yīng)變片(應(yīng)變片是用來測(cè)量動(dòng)力輸入軸上的扭矩的，進(jìn)而可以求出第一試驗(yàn)樣件上的扭矩，也是信號(hào)采集模塊里的一種)，扭矩輸出軸左端連接第二試驗(yàn)樣件組件，右端連接梅花型聯(lián)軸器；所述扭矩信號(hào)耦合器安裝在扭矩信號(hào)耦合器支座上，扭矩信號(hào)耦合器支座安裝在移動(dòng)組件上，扭矩信號(hào)耦合器支座上安裝有鍵槽板，扭矩信號(hào)耦合器一端安裝在所述的鍵槽板上，鍵槽板對(duì)其一端實(shí)現(xiàn)周向固定，另一端與梅花型聯(lián)軸器連接；在試驗(yàn)過程中第二試驗(yàn)樣件受到的扭矩通過扭矩輸出軸傳遞，被扭矩信號(hào)耦合器所測(cè)得，并傳遞至外部的信號(hào)處理器上，應(yīng)變片扭矩信號(hào)采集是測(cè)量動(dòng)力輸入軸上鍵的扭矩。所述動(dòng)力輸入軸是空心旋轉(zhuǎn)軸，動(dòng)力輸入軸與第一試驗(yàn)樣件承載架之間通過鍵連接，鍵上安裝有應(yīng)變片。在試驗(yàn)過程中，動(dòng)力輸入軸帶動(dòng)第一試驗(yàn)樣件組件旋轉(zhuǎn)，在鍵上產(chǎn)生扭矩被應(yīng)變片所測(cè)得，應(yīng)變片上所測(cè)得的扭矩通過導(dǎo)線輸出到外部的信號(hào)處理器上，導(dǎo)線安裝在空心旋轉(zhuǎn)軸的空腔內(nèi)。

所述的密封筒組件包括密封腔體、密封腔左端蓋和密封腔右端蓋，所述的密封腔左端蓋、密封腔右端蓋分別密封安裝在所述的密封腔體的兩端面，形成用于容納試驗(yàn)測(cè)試組件的密封腔；所述的密封腔左端蓋設(shè)有用于安裝在動(dòng)力輸出軸軸承上的中心孔；所述的密封腔右端蓋設(shè)有用于安裝在扭矩信號(hào)采集組件的扭矩輸出軸上的中心孔；所述的密封腔體的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口和用于與密封腔連通的排水總口，所述的密封腔左端蓋設(shè)有用于與第二試驗(yàn)樣件組件內(nèi)腔連通的試驗(yàn)出水管口，所述的密封腔體的進(jìn)水口與所述的配水裝置的進(jìn)水管連通，所述的排水總口、所述的試驗(yàn)出水管口分別通過排水管、出水管與所述的水槽連通。

所述的密封筒組件兩端分別通過相應(yīng)的磁流體密封組件與動(dòng)力輸出軸密封相連和扭矩信號(hào)采集組件的扭矩輸出軸密封相連，所述的磁流體密封組件包括用于套接在動(dòng)力輸入軸或者扭矩輸出軸上的軸套、磁流體密封元件以及同軸安放在軸套內(nèi)部的軸承套，兩個(gè)所述的軸套通過螺釘固連在密封腔左、右端蓋上，所述的磁流體密封元件包括圓環(huán)形永久磁鐵和極靴，每塊極靴內(nèi)壁上均設(shè)置有齒槽，與旋轉(zhuǎn)件間隙間構(gòu)成磁性回路，所述的旋轉(zhuǎn)件為動(dòng)力輸入軸或者扭矩輸出軸；所述的軸套內(nèi)從外向內(nèi)依次裝入調(diào)整墊片、極靴、圓環(huán)形永久磁鐵、極靴和調(diào)整墊片，所述的軸承套通過螺釘固連在軸套上，并通過軸承套端部的軸肩實(shí)現(xiàn)對(duì)磁流體密封元件的軸向固定；動(dòng)力輸入軸軸套與扭矩輸出軸軸套均采用非導(dǎo)磁材料鋁合金制成，其內(nèi)孔與兩塊極靴均為過渡配合；磁流體由圓環(huán)形永久磁鐵(N-S)，極靴和旋轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的磁性回路，在磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，把放置在軸與極靴頂端縫隙間的磁流體加以集中，使其形成一個(gè)“O”形環(huán)，將縫隙通道堵死達(dá)到密封的目的。磁流體密封因?yàn)槭且后w形成的密封，只要是在允許的壓差范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)零泄漏，并且是非接觸式密封，不會(huì)在密封元件與旋轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生摩擦，因此可以提高扭矩測(cè)量的精確度，對(duì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果無明顯干擾。

所述的密封腔體側(cè)壁設(shè)有用于排氣的螺紋孔，所述螺紋孔上配有相應(yīng)的密封螺栓。所述的密封腔左端蓋內(nèi)表面上設(shè)置有軸向圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，在所述的第二試驗(yàn)樣件左端蓋和所述的密封腔左端蓋圓臺(tái)之間配有一套磁流體密封組件，其中第二試驗(yàn)樣件左端蓋的內(nèi)孔與相應(yīng)的磁流體密封組件的兩塊極靴過渡配合，兩塊極靴、圓臺(tái)以及極靴與圓臺(tái)之間的間隙形成磁性回路，形成密封在圓臺(tái)上的磁性密封件；所述動(dòng)力輸入軸軸套與密封腔左端蓋間采用O型密封圈密封，所述扭矩輸出軸軸套與密封腔右端蓋間也采用O型密封圈密封。

所述的動(dòng)力輸入軸是空心旋轉(zhuǎn)軸，動(dòng)力輸入軸與第一試驗(yàn)樣件承載架之間通過鍵連接，鍵上安裝有的應(yīng)變片；所述的應(yīng)變片上所測(cè)得的扭矩通過導(dǎo)線輸出到外部的信號(hào)處理器上，導(dǎo)線安裝在空心旋轉(zhuǎn)軸的空腔內(nèi)。

所述移動(dòng)組件包括移動(dòng)支架、限位擋板、圓柱直齒輪、齒條固定板和齒條，所述扭矩耦合器支架與移動(dòng)支架固連，所述密封腔右端蓋與移動(dòng)支架之間焊接有肋板固定，所述移動(dòng)支架底部安裝有圓柱直齒輪與所述齒條進(jìn)行嚙合；所述齒條焊在齒條固定板上，齒條固定板左右兩端焊有限位擋板。采用齒輪齒條的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，有利于傳動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性，不損傷到腔壁，不破壞腔體重合后的密封性。所述齒條焊在齒條固定板上，齒條固定板左右兩端焊有限位擋板，使整個(gè)移動(dòng)組件在一定的范圍內(nèi)移動(dòng)。每次做完試驗(yàn)后，如需更換試驗(yàn)樣件，則先排出密封腔體內(nèi)存留的水，待水排干凈后擰開密封腔右端蓋上的螺釘，將移動(dòng)組件和焊在移動(dòng)組件上的零件一起往外移，移到合適位置時(shí)，根據(jù)需要可靈活更換第一試驗(yàn)樣件和第二試驗(yàn)樣件，更換好試驗(yàn)樣件后，將整個(gè)裝置一起往前移動(dòng)，固定好后，連接螺釘，開始下一次的試驗(yàn)。

所述第一試驗(yàn)樣件為仿生非光滑表面結(jié)構(gòu)，其中第一試驗(yàn)樣件的仿生非光滑表面結(jié)構(gòu)可以加工成規(guī)則的V型溝槽、矩形溝槽、橢圓型溝槽或者圓型溝槽等；所述第二試驗(yàn)樣件設(shè)有射流孔形成仿生射流結(jié)構(gòu)，其中所述的射流孔均勻布在試驗(yàn)樣件表面，射流孔為具有相同直徑的圓型通孔。

本試驗(yàn)裝置可以同時(shí)進(jìn)行基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測(cè)試和基于水下的仿生射流表面減阻測(cè)試試驗(yàn)。本次試驗(yàn)裝置采用的流體介質(zhì)為水，環(huán)保無污染。為了使整個(gè)裝置可以高效地運(yùn)行，在密封腔體上端開設(shè)了用于可觀察流體是否注滿密封腔的螺紋孔。試驗(yàn)過程前，擰開進(jìn)水管路上的球閥，擰開密封腔體上的密封螺栓，擰緊出水管路和排水管路上的球閥，同時(shí)電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)。試驗(yàn)過程中，離心泵將水抽送到密封腔體內(nèi)，密封腔體內(nèi)空氣通過密封腔體上的螺紋孔排出，所述第二試驗(yàn)樣件上設(shè)置有規(guī)則射流孔，通過一定的壓強(qiáng)水經(jīng)過射流孔壓入射流內(nèi)腔內(nèi)，在第二試驗(yàn)樣件內(nèi)壁面上形成射流，當(dāng)水注滿密封腔內(nèi)時(shí)，在密封腔體上擰上密封螺栓同時(shí)打開出水管路上的球閥，并且啟動(dòng)電機(jī)。電機(jī)帶動(dòng)第一試驗(yàn)樣件旋轉(zhuǎn)，第一試驗(yàn)樣件處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部流體將隨之一同轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)過一段時(shí)間后，二者將以等速率繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的流體將與保持靜止的第二試驗(yàn)樣件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于流體具有黏性，在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦阻力，此阻力作用于第一試驗(yàn)樣件外壁面和第二試驗(yàn)樣件內(nèi)壁面，第一試驗(yàn)樣件上所受的扭矩的經(jīng)由應(yīng)變片測(cè)得，由導(dǎo)線傳遞至信號(hào)處理器上，第二試驗(yàn)樣件內(nèi)壁面上所受到的扭矩通過扭矩信號(hào)耦合器傳遞至信號(hào)處理器上。在射流試驗(yàn)過程中，進(jìn)水管流量可以通過安裝在管路中的球閥來調(diào)節(jié)，進(jìn)水流量可由進(jìn)水管路上的渦輪流量計(jì)讀取，根據(jù)第二試驗(yàn)樣件上總射流孔的面積來求得射流速度的大小，改變球閥開關(guān)程度可以改變射流速度的大小，為裝置試驗(yàn)過程中的以不同射流速度射流并對(duì)比分析減阻性能的過程提供了可靠的依據(jù)。試驗(yàn)完成時(shí)擰開排水管道上的球閥可以排除密封腔體內(nèi)多余的水，使其回流到水槽中，完成試驗(yàn)流體介質(zhì)的重復(fù)利用。

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)處理器的測(cè)控軟件件由LabVIEW編寫。在做仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，電機(jī)通過皮帶輪帶動(dòng)動(dòng)力輸入軸旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力輸入軸上的第一試驗(yàn)樣件以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，第一試驗(yàn)樣件受到流體的摩擦阻力，摩擦阻力轉(zhuǎn)化成扭矩被應(yīng)變片所測(cè)得。試驗(yàn)過程中，第二試驗(yàn)樣件內(nèi)表面上受到流體的摩擦阻力，摩擦阻力轉(zhuǎn)化成扭矩通過扭矩輸出軸被扭矩信號(hào)耦合器所測(cè)得。扭矩信號(hào)耦合器采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過變送器的轉(zhuǎn)換、放大和濾波的處理，將傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為能與數(shù)據(jù)采集模塊連接的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙恍盘?hào)處理器儲(chǔ)存的數(shù)字信號(hào)，儲(chǔ)存在信號(hào)處理器中。

本發(fā)明的有益效果是：一次試驗(yàn)過程可以同時(shí)進(jìn)行基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測(cè)試和基于水下的仿生射流表面減阻測(cè)試試驗(yàn)?？梢源蟠筇岣邷y(cè)試的效率。在做基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)樣件可以加工成不同形狀的表面結(jié)構(gòu)，如凹坑結(jié)構(gòu)，矩型結(jié)構(gòu)，圓型凸起結(jié)構(gòu)；或在試驗(yàn)表面涂覆圖層。通過比較不同表面結(jié)構(gòu)下的扭矩信號(hào)值得到不同表面結(jié)構(gòu)的減阻效果。在做基于水下的仿生射流表面減阻測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，第二試驗(yàn)樣件可以加工成不同孔徑大小、不同孔徑排布、不同孔徑形狀的仿生結(jié)構(gòu)試驗(yàn)板，通過比較不同工況下的扭矩信號(hào)值得到不同射流工況下的摩擦阻力大小，為得到最優(yōu)的減阻射流表面提供有力的依據(jù)。同時(shí)可以改變射流流速的大小比較不同射流流速下扭矩值得到具有最優(yōu)減阻效果的仿生射流減阻表面。并且第一試驗(yàn)樣件上所測(cè)得的扭矩除了可以研究非光滑表面的摩擦阻力大小之外，將第一試驗(yàn)樣件外表面和第二試驗(yàn)樣件內(nèi)表面加工成相同的表面結(jié)構(gòu)，則試驗(yàn)結(jié)果可作為第二試驗(yàn)樣件射流減阻的對(duì)比試驗(yàn)組，研究不同非光滑表面結(jié)構(gòu)下射流表面的減阻效果。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且采用了磁流體密封元件，使得測(cè)量時(shí)的精確度可以大大提高。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)可以通過移動(dòng)組件進(jìn)行樣件的更換，方便快捷，此過程可以大大提高測(cè)量效率，節(jié)約時(shí)間，降低使用成本。本試驗(yàn)采用的測(cè)試流體介質(zhì)為水，整個(gè)過程中水都得以循環(huán)利用，環(huán)保無污染。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的試驗(yàn)樣件測(cè)試部件；

圖3是動(dòng)力輸入軸端剖視圖；

圖4是本發(fā)明的第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件；

圖5是本發(fā)明的第二試驗(yàn)樣件測(cè)試組件；

圖6是本發(fā)明的磁流體密封組件；

圖7是表面為橢圓型非光滑表面的第一試驗(yàn)樣件；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明

參照附圖：

實(shí)施例1本發(fā)明所述的基于水下的多功能仿生減阻測(cè)試裝置，包括試驗(yàn)平臺(tái)支架、試驗(yàn)測(cè)試組件、動(dòng)力輸入組件、扭矩信號(hào)采集組件、配水組件和移動(dòng)組件，所述的動(dòng)力輸入組件、試驗(yàn)測(cè)試組件、移動(dòng)組件和所述的配水組件安裝在所述的試驗(yàn)平臺(tái)支架上，所述的移動(dòng)組件與所述的試驗(yàn)平臺(tái)支架固接；所述動(dòng)力輸入組件通過皮帶輪與所述的試驗(yàn)測(cè)試組件的動(dòng)力輸入端相連接，所述的第二試驗(yàn)測(cè)試組件的動(dòng)力輸出端與所述的扭矩信號(hào)采集組件連接；所述的扭矩信號(hào)采集組件安裝在所述的移動(dòng)組件上；所述配水組件的進(jìn)水管與所述的密封腔的入水口管道連接，所述配水組件的出水管與所述密封腔的出水口管道連接，其特征在于：所述的試驗(yàn)測(cè)試組件包括第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件、第二試驗(yàn)樣件測(cè)試組件以及密封筒組件，所述的第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件、第二試驗(yàn)樣件測(cè)試組件均置于所述的密封腔組件內(nèi)部，所述的第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件同軸設(shè)置在第二試驗(yàn)樣件測(cè)試組件內(nèi)腔；所述第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件包括第一試驗(yàn)樣件、第一試驗(yàn)樣件承載架、第一試驗(yàn)樣件擋圈和軸端擋圈，所述第一試驗(yàn)樣件承載架靠在動(dòng)力輸入軸的軸肩處，并通過動(dòng)力輸入軸軸肩和動(dòng)力輸入軸上的鍵實(shí)現(xiàn)軸向及周向定位，所述第一試驗(yàn)樣件同軸套裝在第一試驗(yàn)樣件承載架外部，第一試驗(yàn)樣件擋蓋安裝在第一試驗(yàn)樣件承載架的端面上，實(shí)現(xiàn)對(duì)第一試驗(yàn)樣件擋蓋的軸向固定；

具體的，如圖1所示，所述第一試驗(yàn)樣件為仿生非光滑表面結(jié)構(gòu)，所述第二試驗(yàn)樣件為仿生射流結(jié)構(gòu)。所述動(dòng)力輸入組件通過皮帶輪與第一試驗(yàn)樣件測(cè)試部件相連，所述第二試驗(yàn)樣件測(cè)試部件與所述扭矩信號(hào)耦合器相連。如圖2所示,所述第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件和第二試驗(yàn)樣件測(cè)試組件均安裝在密封腔體內(nèi)。所述的密封腔、所述的第二試驗(yàn)樣件組件和所述的第一試驗(yàn)樣件組件依次從外向內(nèi)同軸排布形成三層的套筒式結(jié)構(gòu)。所述第二試驗(yàn)樣件上布置有規(guī)則的射流孔，試驗(yàn)過程中水可以通過射流孔進(jìn)入射流內(nèi)腔內(nèi)，使第二試驗(yàn)樣件表面充滿水，一次即可實(shí)現(xiàn)基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測(cè)試和基于水下的仿生射流表面減阻測(cè)試試驗(yàn)。

所述扭矩信號(hào)耦合器安裝在移動(dòng)組件上，所述配水組件的進(jìn)水管與所述的密封腔的入水口管道連接，所述配水組件的出水管與所述密封腔的出水口管道連接，所述密封腔上有兩個(gè)出水口管道，一個(gè)用于試驗(yàn)出水管口，一個(gè)用于更換試驗(yàn)樣件用的排水管口，所述的第一試驗(yàn)樣件測(cè)試部件、第二試驗(yàn)樣件測(cè)試部件均采用磁流體進(jìn)行密封，密封腔體采用密封墊片和O型密封圈密封進(jìn)行密封。所述所有組件均安放在試驗(yàn)平臺(tái)支架上。

所述的動(dòng)力輸入組件包括電機(jī)1、電機(jī)支撐座2、皮帶輪3、皮帶4、動(dòng)力輸入軸5。如圖3所示，電機(jī)上的皮帶輪3通過皮帶輪定位螺釘將其在電機(jī)軸伸上定位，動(dòng)力輸入軸上的皮帶輪4通過定位螺釘將其在動(dòng)力輸入軸上定位。將皮帶4套在兩個(gè)皮帶輪上緊繃連接。電機(jī)1通過電機(jī)軸伸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)電機(jī)軸伸上的皮帶輪3旋轉(zhuǎn)進(jìn)而將動(dòng)力由皮帶4傳遞至動(dòng)力輸入軸5上。電機(jī)1安裝在電機(jī)支撐座2上保持與動(dòng)力輸入軸5具有相同的中心高度。

所述配水組件包括水槽58、離心泵57、進(jìn)水管和出水管、渦輪流量計(jì)49，球閥。50所述離心泵57的進(jìn)水口通過通過管路引入所述的水槽58中，所述的離心泵57的出水口與所述的進(jìn)水管的進(jìn)水端相連，所述的進(jìn)水管的出水端與所述的密封腔的入水孔相連，所述的試驗(yàn)出水管的進(jìn)水端與密封腔左端蓋17的試驗(yàn)出水管口相連，出水端引入所述的水槽58內(nèi)，所述排水管的進(jìn)水端與密封腔體23上的排水管口相連，出水端引入所述的水槽58內(nèi)，所述的試驗(yàn)出水管和排水管均由試驗(yàn)平臺(tái)支架59上的通孔支撐，整個(gè)試驗(yàn)過程實(shí)現(xiàn)測(cè)試用水的循環(huán)利用。所述的進(jìn)水管路上設(shè)置有渦輪流量計(jì)49，在進(jìn)水管與出書管路上均設(shè)有球閥用來調(diào)節(jié)流量，整個(gè)進(jìn)水管路由進(jìn)水管支撐架34支撐。配水組件的離心泵57從水槽58中抽取水通過進(jìn)水管輸送至密封腔體內(nèi)，并通過進(jìn)水管路上安裝的球閥50、渦輪流量計(jì)49控制進(jìn)水流量，進(jìn)而控制第二試驗(yàn)樣件22上射流流速的大小。

如圖3所示，所述第一試驗(yàn)樣件測(cè)試組件包括第一試驗(yàn)樣件28、第一試驗(yàn)樣件承載架27、第一試驗(yàn)樣件擋蓋29、軸端擋圈30。所述第一試驗(yàn)樣件承載架27套裝在動(dòng)力輸入軸5右端通過軸肩進(jìn)行軸向定位，通過鍵24進(jìn)行周向定位，所述第一試驗(yàn)樣件28套裝在第一試驗(yàn)樣件承載架27上，將第一試驗(yàn)樣件擋蓋29貼合在第一試驗(yàn)樣件承載架27的右邊通過螺釘將軸端擋圈30固定在第一試驗(yàn)樣件擋蓋29右端實(shí)現(xiàn)對(duì)第一試驗(yàn)樣件擋蓋29的軸向固定，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)第一試驗(yàn)樣件28的軸向固定。所述動(dòng)力輸入軸5為空心旋轉(zhuǎn)軸，在鍵24上安裝有應(yīng)變片25，應(yīng)變片25上連接有可以輸出扭矩信號(hào)的導(dǎo)線，導(dǎo)線通過空心旋轉(zhuǎn)軸5連出，可以將測(cè)試時(shí)產(chǎn)生的扭矩通過信號(hào)導(dǎo)線輸入到外部信號(hào)處理器上。

如圖4所示，第二試驗(yàn)樣件組件包括第二試驗(yàn)樣件22、第二試驗(yàn)樣件左端蓋21、第二試驗(yàn)樣件右端蓋32、軸端擋圈31。所述的第二試驗(yàn)樣件左端蓋21和第二試驗(yàn)樣件右端蓋32分別安裝在第二試驗(yàn)樣件22兩端，通過螺釘固連在第二試驗(yàn)樣件22兩端，并且在第二試驗(yàn)樣件22兩端分別安放有密封墊片，起到密封的作用。所述的第二試驗(yàn)樣件左端蓋21外側(cè)配有磁流體密封組件起到密封作用。第二試驗(yàn)樣件右端蓋32套接在扭矩輸出軸45上，通過扭矩輸出軸45的軸肩實(shí)現(xiàn)軸向固定，螺釘將軸端擋圈31固連在扭矩輸出軸上，同時(shí)壓緊第二試驗(yàn)樣件右端蓋32，通過壓緊力實(shí)現(xiàn)對(duì)第二試驗(yàn)樣件右端蓋32的周向固定。

扭矩信號(hào)采集組件包括扭矩信號(hào)耦合器47扭矩信號(hào)采集與應(yīng)變片25扭矩信號(hào)采集，扭矩信號(hào)耦合器47信號(hào)采集實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)過程中第二試驗(yàn)樣件22扭矩的采集，包括扭矩輸出軸45、梅花型聯(lián)軸器46、扭矩信號(hào)耦合器47、鍵槽板48、扭矩耦合器支座51。扭矩輸出軸45左端連接第二試驗(yàn)樣件組件，右端連接梅花型聯(lián)軸器46。所述扭矩信號(hào)耦合器47安裝在扭矩信號(hào)耦合器支座51上，扭矩信號(hào)耦合器支座51安裝在移動(dòng)組件上，扭矩信號(hào)耦合器支座51上安裝有鍵槽板48，扭矩信號(hào)耦合器47一端安裝在所述的鍵槽板48上，鍵槽板48對(duì)其一端實(shí)現(xiàn)周向固定，另一端與梅花型聯(lián)軸器46連接。在試驗(yàn)過程中第二試驗(yàn)樣件22受到的扭矩通過扭矩輸出軸45傳遞，被扭矩信號(hào)耦合器47所測(cè)得，并傳遞至外部的信號(hào)處理器上。

應(yīng)變片25扭矩信號(hào)采集是測(cè)量動(dòng)力輸入軸5上鍵24的扭矩。所述動(dòng)力輸入軸5是空心旋轉(zhuǎn)軸，動(dòng)力輸入軸5與第一試驗(yàn)樣件承載架27之間通過鍵24連接，鍵24上安裝有應(yīng)變片25。在試驗(yàn)過程中，動(dòng)力輸入軸5帶動(dòng)第一試驗(yàn)樣件組件旋轉(zhuǎn)，在鍵24上產(chǎn)生扭矩被應(yīng)變片25所測(cè)得，應(yīng)變片25上所測(cè)得的扭矩通過導(dǎo)線輸出到外部的信號(hào)處理器上，導(dǎo)線安裝在空心旋轉(zhuǎn)軸5的空腔內(nèi)。

由于試驗(yàn)過程中動(dòng)力輸入軸5和扭矩輸出軸45作為扭矩信號(hào)的載體，要求在扭矩信號(hào)傳遞時(shí)盡可能地減少外部摩擦阻力對(duì)扭矩采集的影響。在動(dòng)力輸入軸5、扭矩輸出軸45、第二試驗(yàn)樣件左端蓋21上采用磁流體密封，如圖5所示。在密封腔體23上采用密封墊片密封。在密封腔體23與動(dòng)力輸入軸軸套10和扭矩輸出軸軸套40間采用O型密封圈14密封。

磁流體密封元件由圓環(huán)形永久磁鐵13、極靴12組成。每塊極靴12內(nèi)壁上均設(shè)置有齒槽，與旋轉(zhuǎn)件間隙間構(gòu)成磁性回路。磁流體由圓環(huán)形永久磁鐵13(N-S)，極靴12和旋轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的磁性回路，在磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，把放置在動(dòng)力輸入軸5與極靴頂端縫隙間的磁流體加以集中，使其形成一個(gè)“O”形環(huán)，將縫隙通道堵死達(dá)到密封的目的。磁流體密封因?yàn)槭且后w形成的密封，只要是在允許的壓差范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)零泄漏，并且是非接觸式密封，不會(huì)在密封元件與旋轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生摩擦，因此可以提高扭矩測(cè)量的精確度，對(duì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果無明顯干擾。

動(dòng)力輸入軸5上的磁流體密封組件由安放磁流體密封元件的動(dòng)力輸入軸軸套10、磁流體密封元件、軸承套8組成。動(dòng)力輸入軸軸套10通過螺釘固連在密封腔左端蓋17上，然后在動(dòng)力輸入軸軸套10內(nèi)依次裝入調(diào)整墊片11、極靴12、圓環(huán)形永久磁鐵13、極靴12、調(diào)整墊片11，最后通過螺釘將軸承套8固連在動(dòng)力輸入軸軸套10上，實(shí)現(xiàn)對(duì)密封元件的軸向固定。

同理扭矩輸出軸上磁流體密封組件也由扭矩輸出軸軸套40、磁流體密封元件、軸承套41組成。扭矩輸出軸軸套40通過螺釘固連在密封腔右端蓋33上，然后在扭矩輸出軸軸套40內(nèi)依次裝入調(diào)整墊片37、極靴38、圓環(huán)形永久磁鐵39、極靴38、調(diào)整墊片37，最后通過螺釘將軸承套41固連在扭矩輸出軸軸套40上，實(shí)現(xiàn)對(duì)密封元件的軸向固定。其中動(dòng)力輸入軸軸套10與扭矩輸出軸軸套40均采用非導(dǎo)磁材料鋁合金制成，其內(nèi)孔與兩塊極靴均為過渡配合。

第二試驗(yàn)樣件左端蓋21上也設(shè)置有磁流體密封組件，在密封腔左端蓋17內(nèi)表面上設(shè)置有軸向圓臺(tái)結(jié)構(gòu)，在所述的第二試驗(yàn)樣件左端蓋21和所述的密封腔左端蓋17圓臺(tái)之間配有一套磁流體密封組件，其中第二試驗(yàn)樣件左端蓋21的內(nèi)孔與相應(yīng)的磁流體密封組件的兩塊極靴過渡配合，兩塊極靴19、圓臺(tái)以及極靴19與圓臺(tái)之間的間隙形成磁性回路，形成密封在圓臺(tái)上的磁性密封件。

密封腔體23上采用密封墊片密封。所述密封腔包括帶有入水孔的的密封腔體23、密封腔左端蓋17、密封腔右端蓋33。所述密封腔左端蓋17、密封腔右端蓋33分別密封安裝在密封腔體23兩端。所述密封腔體23上有用于排氣的螺紋孔，所述螺紋孔上配有相應(yīng)的密封螺栓26。所述密封腔左端蓋17上設(shè)有軸向圓臺(tái)，所述密封腔左端蓋17的圓臺(tái)和第二試驗(yàn)樣件左端蓋21配有一套磁流體密封組件。所述動(dòng)力輸入軸軸套10與密封腔左端蓋17間采用O型密封圈14密封，所述扭矩輸出軸軸套40與密封腔右端蓋33間也采用O型密封圈密封。

所述移動(dòng)組件包括移動(dòng)支架53、限位擋板56、圓柱直齒輪52、齒條固定板54、齒條55。所述扭矩耦合器支架51與移動(dòng)支架53固連，所述密封腔右端蓋33與移動(dòng)支架53之間焊接有肋板固定，所述移動(dòng)支架53底部安裝有圓柱直齒輪52與所述齒條55進(jìn)行嚙合，采用齒輪齒條的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，有利于傳動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性，不損傷到腔壁，不破壞腔體重合后的密封性。所述齒條55焊在齒條固定板54上，齒條固定板54左右兩端焊有限位擋板56，使整個(gè)移動(dòng)組件在一定的范圍內(nèi)移動(dòng)。每次做完試驗(yàn)后，如需更換試驗(yàn)樣件，則先排出密封腔體23內(nèi)存留的水，待水排干凈后擰開密封腔右端蓋33上的螺釘，將移動(dòng)組件和焊在移動(dòng)組件上的零件一起往外移，移到合適位置時(shí)，根據(jù)需要可靈活更換第一試驗(yàn)樣件28和第二試驗(yàn)樣件22，更換好試驗(yàn)樣件后，將整個(gè)裝置一起往前移動(dòng)，固定好后，連接螺釘，開始下一次的試驗(yàn)。

本試驗(yàn)裝置可以同時(shí)進(jìn)行基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測(cè)試和基于水下的仿生射流表面減阻測(cè)試試驗(yàn)。本次試驗(yàn)裝置采用的流體介質(zhì)為水，環(huán)保無污染。為了使整個(gè)裝置可以高效地運(yùn)行，在密封腔體23上端開設(shè)了用于可觀察流體是否注滿密封腔的螺紋孔。試驗(yàn)過程前，擰開進(jìn)水管路上的球閥，擰開密封腔體上的密封螺栓26，擰緊出水管路和排水管路上的球閥，同時(shí)電機(jī)1處于關(guān)閉狀態(tài)。試驗(yàn)過程中，離心泵57將水抽送到密封腔體23內(nèi)，密封腔體23內(nèi)空氣通過密封腔體上的螺紋孔排出，所述第二試驗(yàn)樣件22上設(shè)置有規(guī)則射流孔，通過一定的壓強(qiáng)水經(jīng)過射流孔壓入射流內(nèi)腔內(nèi)，在第二試驗(yàn)樣件22內(nèi)壁面上形成射流，當(dāng)水注滿密封腔內(nèi)時(shí)，在密封腔體23上擰上密封螺栓26同時(shí)打開出水管路上的球閥，并且啟動(dòng)電機(jī)1。電機(jī)1帶動(dòng)第一試驗(yàn)樣件28旋轉(zhuǎn)，第一試驗(yàn)樣件28處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部流體將隨之一同轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)過一段時(shí)間后，二者將以等速率繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的流體將與保持靜止的第二試驗(yàn)樣件22之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于流體具有黏性，在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦阻力，此阻力作用于第一試驗(yàn)樣件28外壁面和第二試驗(yàn)樣件22內(nèi)壁面，第一試驗(yàn)樣件28上所受的扭矩的經(jīng)由應(yīng)變片25測(cè)得，由導(dǎo)線傳遞至信號(hào)處理器上，第二試驗(yàn)樣件22內(nèi)壁面上所受到的扭矩通過扭矩信號(hào)耦合器47傳遞至信號(hào)處理器上。在射流試驗(yàn)過程中，進(jìn)水管流量可以通過安裝在管路中的球閥來調(diào)節(jié)，進(jìn)水流量可由進(jìn)水管路上的渦輪流量計(jì)49讀取，根據(jù)第二試驗(yàn)樣件22上總射流孔的面積來求得射流速度的大小，改變球閥開關(guān)程度可以改變射流速度的大小，為裝置試驗(yàn)過程中的以不同射流速度射流并對(duì)比分析減阻性能的過程提供了可靠的依據(jù)。試驗(yàn)完成時(shí)擰開排水管道上的球閥可以排除密封腔體23內(nèi)多余的水，使其回流到水槽58中，完成試驗(yàn)流體介質(zhì)的重復(fù)利用。

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)處理器的測(cè)控軟件件由LabVIEW編寫。在做仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，電機(jī)1通過皮帶輪3帶動(dòng)動(dòng)力輸入軸5旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力輸入軸5上的第一試驗(yàn)樣件28以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，第一試驗(yàn)樣件28受到流體的摩擦阻力，摩擦阻力轉(zhuǎn)化成扭矩被應(yīng)變片25所測(cè)得。試驗(yàn)過程中，第二試驗(yàn)樣件22內(nèi)表面上受到流體的摩擦阻力，摩擦阻力轉(zhuǎn)化成扭矩通過扭矩輸出軸45被扭矩信號(hào)耦合器47所測(cè)得。扭矩信號(hào)耦合器47采集到的模擬信號(hào)經(jīng)過變送器的轉(zhuǎn)換、放大和濾波的處理，將傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為能與數(shù)據(jù)采集模塊連接的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)槟鼙恍盘?hào)處理器儲(chǔ)存的數(shù)字信號(hào)，儲(chǔ)存在信號(hào)處理器中。

安裝過程：第一試驗(yàn)樣件組件的安裝：首先在動(dòng)力輸入軸上安裝好鍵，鍵上貼合應(yīng)變片，應(yīng)變片上導(dǎo)線由動(dòng)力輸入軸內(nèi)的空心內(nèi)腔引出。再在動(dòng)力輸入軸上套裝第一試驗(yàn)樣件承載架，在第一試驗(yàn)樣件承載架上套裝第一試驗(yàn)樣件，然后在第一試驗(yàn)樣件右端貼合第一試驗(yàn)樣件擋蓋，將軸端擋圈通過螺釘固連在動(dòng)力輸入軸上，利用螺釘?shù)念A(yù)緊力對(duì)第一試驗(yàn)樣件擋蓋實(shí)現(xiàn)緊固進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第一試驗(yàn)樣件的緊固。

在試驗(yàn)平臺(tái)支架上相應(yīng)位置安裝密封腔體，密封腔體通過肋板焊在試驗(yàn)平臺(tái)支架上。通過螺釘將密封腔左端蓋固連在密封腔體上，密封腔體與密封腔左端蓋間存在密封墊片起密封作用，在密封腔左端蓋相應(yīng)位置安裝深溝球軸承，利用螺釘將深溝球軸承端蓋固連在密封腔左端蓋上，實(shí)現(xiàn)對(duì)深溝球軸承的軸向定位。將之前連接好的第一試驗(yàn)樣件組件從密封腔左端蓋上的通孔從右往左裝入，直到軸肩頂住深溝球軸承內(nèi)圈。通過螺釘將動(dòng)力輸入軸軸套固連密封腔左端蓋相應(yīng)位置處，依次裝入調(diào)整墊片、極靴、圓環(huán)形永久磁鐵、極靴、調(diào)整墊片，最后通過螺釘將軸承套固連在動(dòng)力輸入軸軸套上，實(shí)現(xiàn)對(duì)密封元件的軸向固定。再在軸承套內(nèi)裝入兩個(gè)深溝球軸承，動(dòng)力輸入軸軸肩對(duì)兩個(gè)深溝球軸承的一端起到軸向固定，通過螺釘將軸承端蓋固連在軸承套上，對(duì)深溝球軸承的另一端起到軸向固定。為了減輕密封腔左端蓋上零配件對(duì)密封腔體的壓力，通過肋板將密封腔左端蓋焊接在試驗(yàn)平臺(tái)支架上。

在試驗(yàn)品臺(tái)支架相應(yīng)位置處焊接電機(jī)支撐座，在電機(jī)支撐座上固接電機(jī)，在電機(jī)軸伸上通過螺釘固接皮帶輪。在動(dòng)力輸出軸動(dòng)力輸入端通過螺釘固連皮帶輪，在電機(jī)軸伸上的皮帶輪與動(dòng)力輸入軸上的皮帶輪之間連接有用于傳送動(dòng)力的皮帶。

通過螺釘將第二試驗(yàn)樣件左端蓋與第二試驗(yàn)右端蓋固連在第二試驗(yàn)樣件的左右兩端，在第二試驗(yàn)樣件左右兩端均存在密封墊片起密封作用。第二試驗(yàn)樣件左端蓋處安裝一套磁流體密封組件，利用孔用彈性擋圈對(duì)磁流體密封元件起到軸向固定作用。將第二試驗(yàn)樣件組件一起套裝在扭矩輸出軸上，通過螺釘將軸端擋圈固連在扭矩輸出軸上，利用螺釘?shù)念A(yù)緊力壓緊軸端擋圈同時(shí)對(duì)第二試驗(yàn)樣件組件實(shí)現(xiàn)軸向固定和周向固定。

通過螺釘將扭矩輸出軸軸套固連在密封腔右端蓋上，密封腔右端蓋與扭矩輸出軸軸套間存在O型密封圈密封。依次在扭矩輸出軸軸套內(nèi)裝入調(diào)整墊片、極靴、圓環(huán)形永久磁鐵、極靴、調(diào)整墊片，通過螺釘將軸承套固連在扭矩輸出軸軸套上，再裝入深溝球軸承，通過螺釘將軸承端蓋固連在軸承套上，且深溝球軸承右端的軸上存在軸用彈性擋圈對(duì)深溝球起著軸向固定作用。在密封腔右端蓋相應(yīng)位置上裝入防水軸承，然后把已經(jīng)裝配好的第二試驗(yàn)樣件組件從右往左裝入密封腔右端蓋通孔處。利用螺釘將這一部件固連在密封腔體上。

在試驗(yàn)平臺(tái)支架上合適位置焊接齒條固定板，在齒條焊在齒條固定板上同時(shí)在齒條固定板前后兩端焊接限位擋板。將圓柱直齒輪放置在齒條上，圓柱直齒輪與齒條進(jìn)行嚙合，采用齒輪齒條的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)移動(dòng)，在圓柱直齒輪上安裝有移動(dòng)支架。移動(dòng)支架上面安裝有扭矩信號(hào)耦合器支架，通過螺釘將扭矩信號(hào)耦合器固連在扭矩信號(hào)耦合器支架上同時(shí)將鍵槽板固連在扭矩信號(hào)耦合器支架上，鍵槽板上開有通孔實(shí)現(xiàn)對(duì)扭矩信號(hào)耦合器一端的周向固定。移動(dòng)移動(dòng)組件到合適位置，在扭矩信號(hào)耦合器和扭矩輸出軸兩端連接梅花型聯(lián)軸器。為了方便試驗(yàn)樣件的更換，使第二試驗(yàn)樣件組件順利移除同時(shí)減輕第二試驗(yàn)樣件對(duì)密封腔體的壓力，利用肋板將密封腔右端蓋焊在移動(dòng)支架上。

在試驗(yàn)平臺(tái)支架相應(yīng)位置處安裝有離心泵，通過進(jìn)水管連接密封腔入水口和離心泵出水口，進(jìn)水管上安裝有渦輪流量計(jì)和球閥，進(jìn)水管由進(jìn)水管支撐架支撐。在離心泵和水槽之間安裝有一根輸水管。在密封腔體上安裝有用于排水的排水管，排水管上安裝有球閥。在密封腔左端蓋上安裝有用于試驗(yàn)排水的試驗(yàn)出水管，試驗(yàn)出水管上安裝有球閥。試驗(yàn)出水管和排水管均引入水槽中，且試驗(yàn)出水管和排水管均由試驗(yàn)平臺(tái)支架上相應(yīng)位置的通孔支撐。

試驗(yàn)過程：本發(fā)明裝置一次可同時(shí)進(jìn)行基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測(cè)試和基于水下的仿生射流表面減阻測(cè)試試驗(yàn)。試驗(yàn)過程前，擰開進(jìn)水管路上的球閥，擰開密封腔體上的密封螺栓，擰緊出水管路和排水管路上的球閥，同時(shí)電機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài)。試驗(yàn)過程中，離心泵將水抽送到密封腔體內(nèi)，密封腔體內(nèi)空氣通過密封腔體上的螺紋孔排出，所述第二試驗(yàn)樣件上設(shè)置有規(guī)則射流孔，通過一定的壓強(qiáng)水經(jīng)過射流孔壓入射流內(nèi)腔內(nèi)，在第二試驗(yàn)樣件內(nèi)壁面上形成射流，當(dāng)水注滿密封腔內(nèi)時(shí)，在密封腔體上擰上密封螺栓同時(shí)打開出水管路上的球閥，并且啟動(dòng)電機(jī)。電機(jī)帶動(dòng)第一試驗(yàn)樣件旋轉(zhuǎn)，第一試驗(yàn)樣件處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部流體將隨之一同轉(zhuǎn)動(dòng)，并經(jīng)過一段時(shí)間后，二者將以等速率繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)；內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的流體將與保持靜止的第二試驗(yàn)樣件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于流體具有黏性，在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦阻力，此阻力作用于第一試驗(yàn)樣件外壁面和第二試驗(yàn)樣件內(nèi)壁面，第一試驗(yàn)樣件上所受的扭矩的經(jīng)由應(yīng)變片測(cè)得，由導(dǎo)線傳遞至信號(hào)處理器上，第二試驗(yàn)樣件內(nèi)壁面上所受到的扭矩通過扭矩信號(hào)耦合器傳遞至信號(hào)處理器上。在射流試驗(yàn)過程中，進(jìn)水管流量可以通過安裝在管路中的球閥來調(diào)節(jié)，進(jìn)水流量可由進(jìn)水管路上的渦輪流量計(jì)讀取，根據(jù)第二試驗(yàn)樣件上總射流孔的面積來求得射流速度的大小，改變球閥開關(guān)程度可以改變射流速度的大小，為裝置試驗(yàn)過程中的以不同射流速度射流并對(duì)比分析減阻性能的過程提供了可靠的依據(jù)。試驗(yàn)完成時(shí)擰開排水管道上的球閥可以排除密封腔體內(nèi)多余的水，使其回流到水槽中，完成試驗(yàn)流體介質(zhì)的重復(fù)利用。當(dāng)幾組試驗(yàn)樣件情況依次完成后，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照、分析、處理，得出最后結(jié)論。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。