摩擦阻力测量装置及测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110823499A(43)申请公布日2020.02.21(21)申请号201910989540.X(22)申请日2019.10.17(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人李跃强高超薛明武斌郑海波(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人慕安荣(51)Int.Cl.G01M9/06(2006.01)G01M9/04(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称摩擦阻力测量装置及测量方法(57)摘要一种阻力测量装置，平板主体安放在所述外壳的上端面，在该平板主体的几何中心嵌装有研究平板。导轨前端与外壳底板上的顶起螺栓对应。两个伸缩机构分别通过连接件与导轨上的各滑块铰接。伸缩机构中各支杆的上端面与平板主体下表面固连。测力计水平固定连接在外壳内前端壳体上。外壳与导轨活动连接，能够调节导轨在竖直面内与水平面的夹角θ；外壳与平板主体固定连接，并具有密封功能，使得测量中摩擦阻力模块和测力模块不受平板模型下表面来流的干扰。本发明消除了测量过程中静摩擦力变化对摩擦阻力测量的干扰，提高了测量精度。CN110823499ACN110823499A权利要求书1/2页1.一种阻力测量装置，其特征在于，包括平板主体、研究平板、四根支杆、两个伸缩机构、滑块、导轨、外壳和测力计，其中：所述平板主体安放在所述外壳的上端面，在该平板主体的几何中心开有用于嵌放所述研究平板的开口；在所述外壳的底板上安装有顶起螺栓，并使该顶起螺栓的位置与导轨前端对应；在该外壳内底板的上表面固定有连接杆支座，所述连接杆铰接在连接杆支座上，并使该连接杆的位置与所述导轨后端对应；所述导轨的前端安放在所述顶起螺栓的顶端；所述导轨的后端固定在该连接杆的顶端；在该导轨上安装有两个滑块；所述两个伸缩机构分别通过连接件与各滑块铰接；各所述伸缩机构中的各支杆的上端面均与位于所述平板主体几何中心的研究平板的下表面固连；测力计水平固定连接在外壳内前端壳体上。2.如权利要求1所述一种阻力测量装置，其特征在于，所述研究平板的四个边分别与该开口的四个边之间分别有小于0.1mm的间隙。3.如权利要求1所述一种阻力测量装置，其特征在于，在所述测力计与伸缩机构中的横杆之间连接有铜线；该铜线处于水平状态。4.如权利要求1所述一种阻力测量装置，其特征在于，所述伸缩机构包括两个支杆和两个套板，其中，所述两个支杆的下端分别嵌入套板内，并通过紧定螺钉固紧；各套板的下表面与所述连接件固连；两个支杆之间通过横杆支撑；通过调节各支杆在套板内的嵌入深度，以改变研究平板与平板主体的相对位置。5.如权利要求1所述一种阻力测量装置，其特征在于，所述套板上有用于嵌装支杆的盲孔；该盲孔的孔径略大于该支杆的外径；使二者之间间隙配合；在该套板的壳体上有径向的紧定螺钉孔。6.一种使用权利要求1所述摩擦阻力测量装置进行测量的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，安装摩擦阻力测量装置：将摩擦阻力测量装置中的平板主体水平安装在风洞试验段中；步骤2，调整导轨与水平面之间的夹角θ：通过公式tanθ＝μ得到导轨与水平面的夹角θ：其中μ为导轨与滑块之间的最大静摩擦系数；调整导轨与水平面之间的夹角θ时，旋转顶起螺栓使其向上顶起导轨的前端，从而增大导轨与水平面的夹角θ，当tanθ＝μ时，顶起螺栓固紧；步骤3，调整研究平板位置和测力计拉力方向：通过调节伸缩机构改变研究平板与平板主体之间的相对位置，当研究平板上表面与平板主体上表面的高度差小于0.1mm时固紧所述两个伸缩机构；铜线为水平状态，使测力计拉力方向为水平方向；调整铜线的长度，使得研究平板的四个边分别与平板主体开口的四个边之间的间隙小于0.15mm；步骤4，测量无摩擦阻力时的拉力L1：打开测力计，关闭风洞试验段，风洞处于未开风状态，没有来流，没有摩擦阻力，测力计测量得到的拉力L1＝0；步骤5，测量有摩擦阻力时的拉力L2：2CN110823499A权利要求书2/2页开启风洞，设置来流速度为20m/s；当来流速度稳定之后，所述研究平板的上表面受到摩擦阻力；测力计开始测量并记录拉力值为L2；关闭风洞，打开外壳的侧壁，关闭测力计；步骤6，确定研究平板上表面的摩擦阻力τ：摩擦阻力τ＝L2；τ为研究平板在来流速度20m/s下所受的摩擦阻力。7.如权利要求6所述使用权利要求1所述阻力测量装置进行测量的方法，其特征在于，所述tanθ＝μ通过受力平衡数学模型得到：F＝Ncosθ(tanθ-μ)，当F＝0时tanθ＝μ；所述受力平衡数学模型是将研究平板、两个伸缩机构和两个滑块作为一个整体M，对该整体M在导轨上的受力进行分析；该模型中，整体M所受合力在水平方向的分力为F；导轨对滑块