Установка для определения гидродинамических характеристик тела Советский патент 1992 года по МПК B63B9/02 G01M10/00 

Изобретение относится к области экспериментальной гидромеханики

Известна экспериментальная установка для определения присоединенных масс Я и коэффициентов демпфирования г тела Установка содержит бак с однородной или стратифицированной рабочей средой, упругую подвеску моделей датчик вертикальных перемещений и систему записи колебаний Установка отличается простотой удобством работы на ней, позволяет оперативно менять частоту колебаний и заглубление моде- пей, варьировать начальные отклонения Недостаток известной установки в том что она позволяет определять Аи г лишь косвенными методами в предположении что затухающий процесс может быть идентифицирован уравнением линейного колебательного звена. Законность такой модели априорно недоказуема, и поэтому остается сомнение в правильности определения присоединенных масс и демпфирования особенно при больших начальных амплитудах и частотах.

Цель изобре-ечия расширение функциональных возможностей установки

Указанная цель достигается тем, что установка снабжена силоизмерительным элементом, выполненным с возможностью регистрации действующих на тело сил одновременно с регистрацией его затухающих колебаний Данное техническое решение позволяет непосредственно сопоставить затухающие колебания тела и действующие на него силы и в фазы где скорости макси мальны, а ускорения и перемещения равны нулю, определить демпфирующие силы, а в фазы, где максимальны ускорения и перемещения, s скорости равны нулю, определить ине,мионные силы Тем самым предлагаемое техническое решение позволит непосредственно решить вопрос о возможности 2-членного представления сил взаимодействия модели с жидкостью и уточнить значение коэффициентов определяемых косвенным методом

На фиг, 1 изображена установка для определения гидродинамических характеристик тела с силоизмерительным элементом, на фиг. 2 - силоизмерительный элемент на фиг. 3 - характер полученных записей на макете установки

Установка имеет основание 1, которое ставится на крышку 2 гидролотка или бака 3 В баке 3 можег быть залита как однородная, так и стратифицированная по плотно сти жидкость 4 Ча фиг 1 показано что в верхней части бака 3 залита жидкость с плотностью р а в нижней - жидкость с

плотностью pi На границе их раздела создается переходный слой 5 с плотностью рз 0,5( +рг, который специально подкрашивается. В основание установки 1 вмонтирован вертикальный шток 6. На нем струбциной на нужной высоте закрепляется горизонтальная штанга 7, к которой на крючке 8 подсоединяются кордовые резинки 9 Нижним концом они через силоизмерительный элемент 10 соединены с телескопической державкой 11 тела 12 Державка имеет стрелку 13, показывающую аертикальное перемещение тела на шкзлэ 14 Стрелка и шкала выполнены с возможностью перемещения для взаимного согласования начала отсчета. Державка колеблется во второпластовоО втулке 15 На державке закреплена чашка 16 для тариро- еочных грузов 17 Кондуктометрический

датчик 18 представляет собой два изолированных друг от друга электрода, сопротивление между которыми меняется в зависимости от глубины погружения их в воду Они включены в полуг/остовую схему

усилителя переменного 19, а псь чд- нмй подключен к осциллографу. Для уравновешивания тела 12 на упругом элементе 9 дзнной жесткости и на данчом горизонт в стратифицированной по плотности жидкости к испытываемому телу снизу крепится хорошо обтекаемый балласт 20 необходимой массы, а в чашу укладываются тариръ- вочные грузы (гири) 17, растягивающие упругую подвеску модели до определенной

величины допускающей линейное поед- ставление восстанавливающей силы npi до- полнительном нагружении или снятии грузов из

Силоизмерительный элемент представляет собой тонкое упругое дюралевое кольцо 21, к которому приварены две втулки с резьбой В верхнюю втулку изнутри ввинчивается шток чашки 22 с ферритовым горшочком 23, в котором намотана катушка

индуктивности 24 представляющая собой одно плечо полумоста. Вторым плечом является подстроечный потенциометр 25, Снаружи в верхнюю втулку ввинчивается винт 26 с гаком для прикрепления упругого элемента Этот винт одчовроначно поджимает шток чашки, исключая возможные люфты в резьбе. В нижнюю втулку 27 сверху ввинчивается шток тйрелочки 28 с приклеенной к ней ферритовой пластинкой 29, а снизу - гак

с резьбой 30, к которому подсоединяется держаока тела Из силоизмерительного элемента выводятся 2 тонких провода, через которые сигнал передается на тензоусили- тель переменного тока

Установка для определения гидродинамических характеристик тела работает следующим образом

Вначале в баке готовится среда - однородная или стратифицированная жидкость Если опыты проводятся в стратифицированной жидкости, вначале в бак 3 заливают жидкость (соляной раствор) с плотностью pi, затем подкрашенный переходный слой 5 с плотностью рз О,5( р + /92) и, наконец жидкость с плотностью р (пресную воду). На крышке 2 бака, устанавливается жесткая рама 1 с вертикальным штоком б Тело 12 при помощи горизонтальной штанги 7, упругой подвески 9 необходимой жесткости, телескопической державки 11 балласта 20 и тарировочных грузов 17 в чашке вывешивается в равновесном положении на определенном горизонте Количество тарировочных грузов в чашке подбирается с таким расчетом, чтобы резинки были полустянуты, и при их снятии модель имела необходимое перемещение вверх, а при дополнительном нагружении погружалась примерно на ту же величину, вниз. Каждой жесткости резинок будет соответствовать свое количество тарировочных грузов. После этого на державке 11 закрепляется стрелка 13, указываюа зя вертикяпьные перемещения тела на шкале 14. Ноль шкалы подводится к стрелке. Датчик 18 вертикальных перемещений и силоизмерительный элемент 10 подключаются с no yMoqTOPbiM схемам тен- зоусилителей, сигналы которых записываются на осциллограф (не показаны) Схемы балансируются, подбирается соответствующая чувствительность Затем последовательно снимаются грузы из чашки и

записываются по шкале и на осциллографе перемещения и отметки действующих сил, затем операция повторяется с добавлением тарировочных грузов Таким путем осуществляется тарировка датчика вертикальных перемещений 18 и грузовая тарировка сило- измерительного элемента 10. Снятие груза соответствует действию силы вверх, дополнительное нагружение - действию силы

вниз.

После этого тело вручную за державку отклоняется и отпускается. Затухающие колебания тела и действующие на него при этом силы записываются. Характер записей, полученных на изготовленном макете установки, показан на фиг. 3.

Имея такую синхронную запись колебаний и действующих на тело сил, мгжно в разные фазы колебаний непосредственно

снять инерционные и демпфирующие силы и сопоставить их с соответствующими ускорениями и скоростями затухающего переходного процесса, а от сил перейти к0 коэффициенту К22 и гу.

Остается при этом и косвенный путь определения К22 И Гу,

Формула изобретения Установка для определения гидродинамических характеристик тела по авт. ев №

1638583, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения синхронного измерения и записи затухающих колебаний и действующих на тело сил она

снабжена силоизмерительным элементом, установленным между державкой тела и упругим элементом, и блоком регистрации колебаний и сил.

3

-S

о, О С ac.tef x

Состивитоп Строков Fexf ад М Моргемтал

21

Корректор Н Тупица

Использование- гидродинамические ис7Л Фиг / пытаниятем, помещенных в жидкости Сущность изобретения1 установка содержит основание (1), которое ставится на стенку (2) гидролотка или бака (3), в котором находится жидкость. В основание (1) вмонтирован вертикальный шток (6), на котором закреплена штанга (7), к которой одним концом присоединен упругий элемент (9), а другой конец элемента 9 соединен через силоизме- рительное устройство (10) с телескопической державкой (11) тепа (12) 3 ил (Л С XI сл 4 СЛ XI о Ю