一種汽車在水流中受到的作用力的測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種汽車在水流中受到的作用力的測量裝置，主要包括拉力傳感器、第一定滑輪、第一繩子、第二繩子、第二定滑輪、加重物、伸縮裝置和位置調節裝置。拉力傳感器的一端與所述位置調節裝置固定連接，伸縮裝置的一端與拉力傳感器的另一端固定連接，第一繩子繞經第一定滑輪，第一繩子的一端與伸縮裝置的另一端固定連接，第一繩子的另一端與汽車的車頭（或車尾）固定連接，第二繩子繞經第二定滑輪，第二繩子的一端與汽車的車尾（或車頭）固定連接，第二繩子的另一端加載有加重物。本實用新型可用于測量靜止汽車在水流中受到的繞流阻力及汽車與地面之間的最大靜摩擦力。
【專利說明】一種汽車在水流中受到的作用力的測量裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種汽車在水流中受到的作用力的測量裝置。
【背景技術】
[0002]隨著全球氣候變化和城市化進程加快，由突發性極端暴雨引起的城市洪澇災害頻繁發生。而隨著經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，汽車保有量不斷增長。在路面上或正在行駛的汽車，在突發性暴雨水流中很容易失去穩定。
[0003]汽車在車頭或車尾正對水流時，將受到重力、地面支持力、水流浮力、汽車與地面之間的摩擦力及水流繞流阻力等作用力的共同作用。當汽車受到的水流浮力與繞流阻力過大時，汽車將失穩從而被水流沖走。目前，國內外學者大多采用起動流速的大小來判斷暴雨水流中汽車的穩定性，缺少汽車本身在水流中受到的水流作用力的研究，沒有相應的測量裝置。由于汽車外形復雜，很難通過流體力學的相關理論直接求解汽車在水流中受到的作用力。同時，在測量汽車在水流中受到的水流作用力和汽車與地面之間的最大靜摩擦力時，測量裝置不能干擾水流流動。因此，研究如何有效地測量汽車在水流中受到的作用力，分析在不同水流條件下汽車在水流中的穩定性，對于保護人民生命和財產安全都具有重要的作用。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種汽車在水流中受到的作用力的測量裝置，該裝置可用于測量汽車在水流中受到的繞流阻力和汽車與地面之間的最大靜摩擦力。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采取的技術手段是:該裝置包括拉力傳感器、第一定滑輪、第一繩子、第二繩子、第二定滑輪、加重物、伸縮裝置和位置調節裝置。所述拉力傳感器的一端與所述位置調節裝置固定連接，所述伸縮裝置的一端與所述拉力傳感器的另一端固定連接，所述第一繩子繞經所述第一定滑輪，所述第一繩子的一端與所述伸縮裝置的另一端固定連接，當所述第一繩子的另一端與汽車的車頭固定連接時，所述第二繩子繞經所述第二定滑輪，所述第二繩子的一端與汽車的車尾固定連接，所述第二繩子的另一端加載有所述加重物，所述伸縮裝置與第一繩子的連接點、第一繩子與汽車的車頭的連接點、第二繩子與汽車的車尾的連接點以及第二繩子與加重物的連接點位于同一水流流向平面內；所述第一繩子位于第一定滑輪與汽車的車頭之間的部分I與所述第二繩子位于第二定滑輪與汽車的車尾之間的部分II共線且與地面平行。當所述第一繩子的另一端與汽車的車尾固定連接時，所述第二繩子繞經所述第二定滑輪，所述第二繩子的一端與汽車的車頭固定連接，所述第二繩子的另一端加載有所述加重物，所述伸縮裝置與第一繩子的連接點、第一繩子與汽車的車尾的連接點、第二繩子與汽車的車頭的連接點以及第二繩子與加重物的連接點位于同一水流流向平面內；所述第一繩子位于第一定滑輪與汽車的車尾之間的部分III與所述第二繩子位于第二定滑輪與汽車的車頭之間的部分IV共線且與地面平行。
[0006]進一步地，本實用新型所述第一定滑輪處于汽車的上游，所述第二定滑輪處于汽車的下游。
[0007]進一步地，本實用新型還包括顯示器，所述顯示器的輸入端與所述拉力傳感器的輸出端電連接。
[0008]對于汽車在水流中受到的作用力的測量，本實用新型具有以下有益效果:
[0009](I)本實用新型裝置在測量時利用在汽車下游加載加重物使汽車達到最大靜摩擦力，利用位置調節裝置改變最大靜摩擦力的方向，可得到汽車在水流中受到的繞流阻力及汽車與地面之間的最大靜摩擦力；
[0010](2)本實用新型裝置利用拉力傳感器、定滑輪和繩子測量汽車在水中受到的作用力，可減少測量裝置對水流的干擾，保證測量結果的精度；
[0011](3)本實用新型裝置加工制作簡單，造價低廉，安裝方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型裝置在汽車的車頭正對水流來流時的使用狀態示意圖；
[0013]圖2為圖1的俯視圖；
[0014]圖3為本實用新型裝置在汽車的車尾正對水流來流時的使用狀態示意圖；
[0015]圖4為圖3的俯視圖；
[0016]圖5是汽車與地面之間在水流方向的反方向上達到最大靜摩擦力時受力分析圖；
[0017]圖6是汽車與地面之間在水流方向上達到最大靜摩擦力時受力分析圖；
[0018]圖中，1.拉力傳感器、2.第一定滑輪、3.第一繩子、4.汽車、5.第二繩子、6.第二定滑輪、7.伸縮裝置、8.導線、9.顯示器、10.加重物、11.第一繩子與伸縮裝置的連接點、12.第一繩子與汽車車頭的連接點、13.第二繩子與汽車車尾的連接點、14.第二繩子與加重物的連接點、15.第一繩子與汽車車尾的連接點、16.第二繩子與汽車車頭的連接點、17.位置調節裝置。
【具體實施方式】
[0019]如圖1至圖4所示，本實用新型汽車在水流中受到的作用力的測量裝置主要包括拉力傳感器1、第一定滑輪2、第一繩子3、第二繩子5、第二定滑輪6、加重物10、伸縮裝置7和位置調節裝置17。拉力傳感器I的一端與位置調節裝置17固定連接，伸縮裝置7的一端與拉力傳感器I的另一端固定連接，第一繩子3繞經第一定滑輪2，第一繩子3的一端與伸縮裝置7的另一端固定連接，當第一繩子3的另一端與汽車4的車頭固定連接時(如圖1至圖2所示)，第二繩子5繞經第二定滑輪6，第二繩子5的一端與汽車4的車尾固定連接，第二繩子5的另一端加載有加重物10，伸縮裝置7與第一繩子3的連接點11、第一繩子3與汽車4的車頭的連接點12、第二繩子5與汽車4的車尾的連接點13以及第二繩子5與加重物10的連接點14位于同一水流流向平面內；第一繩子3位于第一定滑輪2與汽車4的車頭之間的部分I與第二繩子5位于第二定滑輪6與汽車4的車尾之間的部分II共線且與地面平行。當第一繩子3的另一端與汽車4的車尾固定連接時(如圖3至圖4所示)，第二繩子5繞經第二定滑輪6，第二繩子5的一端與汽車4的車頭固定連接，第二繩子5的另一端加載有加重物10，伸縮裝置7與第一繩子3的連接點11、第一繩子3與汽車4的車尾的連接點15、第二繩子5與汽車4的車頭的連接點16以及第二繩子5與加重物10的連接點14位于同一水流流向平面內；第一繩子3位于第一定滑輪2與汽車4的車尾之間的部分III與第二繩子5位于第二定滑輪6與汽車4的車頭之間的部分IV共線且與地面平行。
[0020]伸縮裝置7在其兩端加載作用力時可以伸長，伸縮裝置7的功能是實現在向汽車4的車尾(如圖1至圖2所示)或者車頭(如圖3至圖4所示)加載作用力的過程中，汽車4與地面之間的摩擦力未達到最大靜摩擦力之前，第一繩子3受到的拉力不會增加，伸縮裝置7不會伸長，汽車4保持靜止；汽車4與地面之間的摩擦力達到最大靜摩擦力后如果繼續加載作用力，第一繩子3受到的拉力增大，伸縮裝置7將伸長，汽車4將開始運動。伸縮裝置7可選用彈簧或橡皮繩等。加重物10的功能是向汽車4的車尾(如圖1至圖2所示)或者車頭(如圖3至圖4所示)加載作用力，使汽車4與地面之間的摩擦力達到最大靜摩擦力。加重物10可選用砝碼等重物。拉力傳感器I可選用拉壓傳感器(如S型拉壓傳感器)。在本實用新型中，水流流向平面指的是與水流方向平行且垂直于水平面的平面。
[0021]本實用新型工作時，汽車4置于水流中，并將車頭(如圖1至圖2所示)或車尾(如圖3至圖4所示)正對水流來流方向，第一定滑輪2處于汽車4的上游，第二定滑輪6處于汽車4的下游。汽車4在繞流阻力、浮力、第一繩子3的拉力、第二繩子5的拉力、汽車4的重力、地面的支持力及汽車4與地面的摩擦力的共同作用下保持平衡。顯示器9的輸入端通過導線8和拉力傳感器I的輸出端電連接。記錄顯示器9顯示的拉力傳感器I所受到的作用力的量測值匕。逐步增加加重物10的重量，同步記錄顯示器9中顯示的量測值。當顯示器9顯示的拉力傳感器I所受到的作用力的量測值剛開始增大時，記錄此時加重物10總重量為F2。此時，在水流方向上，F1, F2、汽車4所受的繞流阻力FD、汽車4的重力在水流方向上的分力G1、汽車4受到的浮力在水流方向上的分力Fbi及汽車4與地面之間的最大靜摩擦力的合力達到平衡(如圖5所示)，即:
[0022]Fi+f^+FB^F^Fn+G!①
[0023]式①中，f_是該水流狀態下汽車4與地面之間的最大靜摩擦力P1是未增加加重物10的重量時顯示器9顯示的拉力傳感器I所受到的作用力的量測值；F2是逐步增加加重物10的重量，當顯示器9顯示的拉力傳感器I所受到的作用力的量測值剛開始增大時加重物10的總重量；Fd是汽車4受到的繞流阻力而是汽車4的重力在水流方向上的分力，G1=Gsin θ，Θ是地面與水平面的夾角(如圖1或圖3所示);FB1是汽車4受到的浮力Fb在水流方向上的分力，FB1=FBsin Θ，其中汽車4在水中受到的浮力Fb可通過阿基米德定律求得。
[0024]在這個狀態下如果繼續增加加重物的重量，第一繩子3受到的拉力增大，伸縮裝置7將伸長，顯示器9顯示的拉力傳感器I所受到的作用力的量測值將逐漸增大。
[0025]然后調節位置調節裝置17，使得拉力傳感器I在第一繩子3位于第一定滑輪2與伸縮裝置7之間的部分V所在的直線的方向上逐漸遠離第一定滑輪2，伸縮裝置7被逐漸拉長，第一繩子3的拉力逐漸增大，汽車4的相對運動趨勢由向水流方向變為向水流方向的反方向，從而改變了汽車4與地面的摩擦力的方向。位置調節裝置17可選用升降器。汽車4與地面的之間的摩擦力先在水流方向的反方向上逐漸減小直至為零然后沿著水流方向逐漸增大。當觀察到汽車4剛開始運動時，記錄顯示器9顯示的拉力傳感器I所受到的作用力的量測值F3,此時F3、F2、汽車4在該水流狀態下受到的繞流阻力FD、汽車4的重力在水流方向上的分力G1、汽車4受到的浮力Fb在水流方向上的分力Fbi及汽車4與地面之間的最大靜摩擦力fmax的合力達到平衡(如圖6所示)，既有:[0026]F3+FB1=F2+FD+fmax+G1 ②
[0027]式②中，F3是調節位置調節裝置17使觀察到汽車4剛開始運動時，記錄顯示器9顯示的拉力傳感器I所受到的作用力的量測值。
[0028]在這個狀態下如果繼續調節位置調節裝置17，伸縮裝置7將繼續被拉長，汽車4將向水流方向的反方向運動。
[0029]聯立公式①和公式②，即可得到該水流狀態下汽車4受到的繞流阻力Fd及汽車4與地面之間的最大靜摩擦力f_:
【權利要求】
1.一種汽車在水流中受到的作用力的測量裝置，其特征是:包括拉力傳感器(I)、第一定滑輪(2)、第一繩子(3)、第二繩子(5)、第二定滑輪(6)、加重物(10)、伸縮裝置(7)和位置調節裝置(17)，所述拉力傳感器(I)的一端與所述位置調節裝置(17)固定連接，所述拉力傳感器(I)的另一端與所述伸縮裝置(7)的一端固定連接，所述第一繩子(3)繞經所述第一定滑輪(2)，所述第一繩子(3)的一端與所述伸縮裝置(7)的另一端固定連接，所述第一繩子(3)的另一端與汽車(4)的車頭固定連接，所述第二繩子(5)繞經所述第二定滑輪(6)，所述第二繩子(5)的一端與汽車(4)的車尾固定連接，所述第二繩子(5)的另一端加載有所述加重物(10)，所述伸縮裝置(7)與第一繩子(3)的連接點(11)、第一繩子(3)與汽車(4)的車頭的連接點(12)、第二繩子(5)與汽車(4)的車尾的連接點(13)以及第二繩子(5)與加重物(10)的連接點(14)位于同一水流流向平面內；所述第一繩子(3)位于第一定滑輪(2)與汽車(4)的車頭之間的部分I與所述第二繩子(5)位于第二定滑輪(6)與汽車(4)的車尾之間的部分II共線且與地面平行。
2.一種汽車在水流中受到的作用力的測量裝置，其特征是:包括拉力傳感器(I)、第一定滑輪(2)、第一繩子(3)、第二繩子(5)、第二定滑輪(6)和加重物(10)，所述拉力傳感器(O的一端與所述位置調節裝置(17)固定連接，所述拉力傳感器(I)的另一端與所述伸縮裝置(7)的一端固定連接，所述第一繩子(3)繞經所述第一定滑輪(2)，所述第一繩子(3)的一端與所述伸縮裝置(7)的另一端固定連接，所述第一繩子(3)的另一端與汽車(4)的車尾固定連接，所述第二繩子(5)繞經所述第二定滑輪(6)，所述第二繩子(5)的一端與汽車(4)的車頭固定連接，所述第二繩子(5)的另一端加載有所述加重物(10)，所述伸縮裝置(7)與第一繩子(3)的連接點(11)、第一繩子(3)與汽車(4)的車尾的連接點(15)、第二繩子(5)與汽車(4)的車頭的連接點(16)以及第二繩子(5)與加重物(10)的連接點(14)位于同一水流流向平面內；所述第一繩子(3)位于第一定滑輪(2)與汽車(4)的車尾之間的部分III與所述第二繩子(5)位于第二定滑輪(6)與汽車(4)的車頭之間的部分IV共線且與地面平行。
3.根據權利要求1或2所述的作用力測量裝置，其特征是:所述第一定滑輪(2)處于汽車(4)的上游，所述第二定滑輪(6)處于汽車(4)的下游。
4.根據權利要求1或2所述的作用力測量裝置，其特征是:還包括顯示器(9)，所述顯示器的輸入端與所述拉力傳感器(I)的輸出端電連接。
5.根據權利要求3所述的作用力測量裝置，其特征是:還包括顯示器(9)，所述顯示器的輸入端與所述拉力傳感器(I)的輸出端電連接。
【文檔編號】G01L5/00GK203732195SQ201420030844
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月19日 優先權日:2014年1月19日
【發明者】姜利杰, 邵衛云, 孫志林, 易文濤, 鄭和震 申請人:浙江大學