鞠曉群 羅念寧 于東 王威

流速測(cè)量裝置設(shè)計(jì)? 流速測(cè)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(guò)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(guò)電流值與壓差的對(duì)應(yīng)關(guān)系及伯努利方程即可計(jì)算流速。

電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)? 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(méi)深度及攻角調(diào)節(jié)、皮托管的平面運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集等都通過(guò)上位機(jī)控制面板來(lái)完成，控制系統(tǒng)原理如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用

將實(shí)驗(yàn)裝置安裝在循環(huán)水槽試驗(yàn)段，為本科生開(kāi)展舵翼升阻力和皮托管流速測(cè)量實(shí)驗(yàn)，裝置安裝方式如圖4所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)先維持電機(jī)恒定轉(zhuǎn)速，測(cè)量水槽斷面橫向和豎向各五個(gè)點(diǎn)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(cè)量不同電機(jī)轉(zhuǎn)速下水槽斷面某一點(diǎn)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(hào)經(jīng)過(guò)處理，得到的實(shí)驗(yàn)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)比，該裝置具有以下特點(diǎn)：

1）可同時(shí)進(jìn)行皮托管流速和舵翼升阻力測(cè)量實(shí)驗(yàn)，免去實(shí)驗(yàn)時(shí)多次拆裝實(shí)驗(yàn)裝置的麻煩，提高實(shí)驗(yàn)效率;

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

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

4）自動(dòng)化程度高，所有機(jī)械運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)采集均可通過(guò)控制面板來(lái)操作，不僅提高了實(shí)驗(yàn)效率，而且滿足實(shí)踐教學(xué)的需要，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果[12]。

參考文獻(xiàn)

[1]顧玉兵，王冰.基于皮托管原理的動(dòng)態(tài)流速儀[M]//江蘇省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)部.蘇州市自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文匯編（2008—2009）.2010：203.

[2]凌云，王明，佘國(guó)金，等.壓縮空氣吹掃的皮托管堵塞的防治措施[J].江蘇電機(jī)工程，2015（3）：17-18，24.

[3]李士強(qiáng)，肖昌潤(rùn).基于STAR-CCM+的潛艇舵翼水動(dòng)力性能研究[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2019（11）：37-42.

[4]劉志華，熊鷹，葉青.共翼型舵水動(dòng)力特性的模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2018（4）：658-663.

[5]王靜晗.相對(duì)速度對(duì)機(jī)翼升阻力的影響摸索及對(duì)“音障”的理解[J].中國(guó)高新科技，2019（5）：28-30.

[6]王沖，張志宏，顧建農(nóng)，等.自主研制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高實(shí)驗(yàn)室綜合實(shí)力[J].力學(xué)與實(shí)踐，2016（3）：331-334.

[7]費(fèi)景洲，張鵬，馬修真，等.船舶動(dòng)力技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心內(nèi)涵建設(shè)探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2014（6）：158-161，168.

[8]彭熙偉，李怡然，宋卓越，等.基于能力培養(yǎng)的控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2019（6）：126-129.

[9]謝俊偉，許海鶯.一種便攜式多功能PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2019（11）：150-151.

[10]陳小明，李皎，孫會(huì)來(lái).一種線切割原理演示實(shí)驗(yàn)裝置[J].高校實(shí)驗(yàn)室科學(xué)技術(shù)，2019（3）：135-137.

[11]李冬琴.“船舶原理”課程教學(xué)研究與實(shí)踐[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（29）：195.

[12]張安富，劉興鳳.實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）：56-59.