專利名稱：一種通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置及其判定方法
技術領域：
本發明屬于非線性動力學及傳感器檢測領域，具體涉及一種基于非線性動力學理論的確定超空泡平衡點突變特性的判定裝置及其專用的判定方法。
背景技術：
超空泡技術的應用可以使水下或水面運動體的摩擦阻力大幅減小，提高航行速度，然而超空泡流動是一種非常復雜的流動問題，包含了非定常、可壓縮、相變、湍動等流體動力學研究中比較復雜的流動現象，給空泡動力學特性的研究帶來了困難。目前針對復雜空泡流特性的研究主要采用數值模擬和試驗研究兩種方法，研究內容主要集中在定常通氣超空泡形態的數值模擬及通氣規律的分析計算及試驗驗證上。其中數值模擬方法主要采用均質平衡流理論和勢流理論中的邊界元法研究二維和三維超空泡的流場特性、局部空泡的擾流問題以及計算空泡形態的新方法等，如非專利文獻“通氣超空泡形態穩定性的數值模擬研究” 一文，發表于《計算力學學報》，文中根據Logvinovich空泡截面獨立膨脹原理發展了一種用于計算非定常通氣超空泡形態的計算方法，并運用該方法對通氣超空泡形態穩定性進行了數值模擬研究。研究表明:模型速度，氣體彈性，通氣率，泄氣率，流場壓力、模型后體和空化器阻力系數都會對通氣超空泡形態穩定性產生影響。不同類型和不同方式的擾動對通氣空泡形態穩定性的影響不同，通氣超空泡在收到擾動后表現出時間滯后性和振蕩特性。該研究方法計算量大，運算周期長，需要高配置的計算機提供硬件條件；而試驗研究方法如非專利文獻“通氣超空泡形態及其穩定性實驗研究”，發表于《哈爾濱工程大學·學報》，文中通過在水洞中開展的系列實驗對通氣超空泡形態及其穩定性進行了研究。研究表明，重力對通氣過程和關氣過程所形成的通氣超空泡影響不同，但通氣超空泡軸線變量都以非線性方式增長。當重力影響較小時，在相同空泡數下，通氣超空泡與自然超空泡在形態和尺度上基本相似。試驗研究所需的準備工作繁重、成本高、可重復性差。
發明內容
本發明的目的是提供一種過程簡單，操作便捷，不需要進行數值模擬的通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，本發明的目的還在于提供一種該裝置專用的通氣超空泡平衡點突變特性判定方法。本發明的目的是這樣實現的:通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，由積分運算模塊、攝動分析模塊、傳感器模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、比較運算模塊組成，積分運算模塊對已有的空泡截面擴展方程進行積分運算，將積分運算結果輸入給攝動分析模塊；攝動分析模塊對通氣空泡容積進行線性化處理，輸出通氣超空泡平衡點突變的敏感參數集；傳感器模塊測量通氣空泡的敏感參數輸入給數據采集模塊；數據采集模塊將采集到的數據進行A/D轉換并輸入給數據處理模塊；數據處理模塊對獲得的敏感參數進行濾波、存儲并繪制曲線；比較分析模塊對攝動分析模塊輸出的敏感參數集與數據處理模塊的實際測量值進行比較，判定通氣超空泡平衡點發生突變特性的可能性。傳感器模塊包括測量壓力的壓力傳感器和測量運動體加速度的加速度傳感器；數據采集模塊采用數據采集卡，數據處理模塊采用單片機，積分運算模塊采用單片機芯片、攝動分析模塊采用單片機芯片，比較運算模塊采用運算放大器芯片。敏感參數包括壓力，運動體加速度。通氣超空泡平衡點突變特性判定方法，包括如下步驟:(I)建立空泡截面擴展方程:
權利要求
1.一種通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，由積分運算模塊、攝動分析模塊、傳感器模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、比較運算模塊組成，其特征在于:積分運算模塊對已有的空泡截面擴展方程進行積分運算，將積分運算結果輸入給攝動分析模塊；攝動分析模塊對通氣空泡容積進行線性化處理，輸出通氣超空泡平衡點突變的敏感參數集；傳感器模塊測量通氣空泡的敏感參數輸入給數據采集模塊；數據采集模塊將采集到的數據進行A/D轉換并輸入給數據處理模塊；數據處理模塊對獲得的敏感參數進行濾波、存儲并繪制曲線；比較分析模塊對攝動分析模塊輸出的敏感參數集與數據處理模塊的實際測量值進行比較，判定通氣超空泡平衡點發生突變特性的可能性。
2.根據權利要求1所述的一種通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，其特征在于:所述的傳感器模塊包括測量壓力的壓力傳感器和測量運動體加速度的加速度傳感器；數據采集模塊采用數據采集卡，數據處理模塊采用單片機，積分運算模塊采用單片機芯片、攝動分析模塊采用單片機芯片，比較運算模塊采用運算放大器芯片。
3.根據權利要求1所述的一種通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，其特征在于:所述的敏感參數包括壓力，運動體加速度。
4.一種通氣超空泡平衡點突變特性判定方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)建立空泡截面擴展方程: drp 式中Δρ( τ，O=P00 ( ξ HpJO-pJt),其中τ ^ t為截面ξ生成時間；x(t)為空泡發生器當前時刻t對應的絕對X坐標；Pl(t)為環境壓力擾動；Ρεα)為空泡內壓力；Ροο(ξ)為無窮遠處的環境壓力；l(t)為空泡長度；cx為空泡阻力系數；1^=4πΑ2，Α=2為經驗常數，Dn為空化器直徑，V為實時運動體速度； (2)對已有的空泡截面擴展方程進`行積分運算: 用初始空泡長度Itl和運動體速度V00作為標度，對空泡截面擴展方程進行無量綱化處理: d2S(tj) ka(t) ,、 dr2 w 其中σ (t)為空化數,空泡的閉合條件為: S (t, t) =S (t-1 (t)，t) — O 對無量綱化的空泡截面擴展方程進行兩次積分得: It S(^rj)= l<7° t - τ - 2^t - ^σ (ii)du τ— 式中 (/) = σ⑴/(J0，σ。為自然空化數，u為積分變量， 結合空泡閉合條件獲得聯系通氣超空泡長度及空化數的積分方程:
5.根據權利要求4所述的一種通氣超空泡平衡點突變特性判定方法，其特征在于:所述的敏感參數包括壓力，運動體加速度。
全文摘要
本發明屬于非線性動力學及傳感器檢測領域，具體涉及一種基于非線性動力學理論的確定超空泡平衡點突變特性的判定裝置及其專用的判定方法。通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，由積分運算模塊、攝動分析模塊、傳感器模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、比較運算模塊組成。本發明在超空泡航行體航行的過程中，能夠根據航行體的航行狀態更及時判斷通氣超空泡所處的狀態，實時監測可能導致通氣超空泡發生突變不穩定的敏感參數，一旦通氣超空泡的敏感參數接近突變臨界參數值，就采取相應的措施，使通氣超空泡的敏感參數遠離突變臨界參數值，進而保證通氣超空泡的穩定性，為超空泡航行體的穩定航行提供基本保障。
文檔編號G01M10/00GK103245485SQ20131013191
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者趙新華, 孫堯, 安偉光, 趙國良, 韓云濤, 白濤 申請人:哈爾濱工程大學