本發(fā)明涉及一種基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測試裝置。

背景技術：

摩擦是能量損失的主要方式之一，物體在水下運動，阻力的70％～80％都是表面摩擦阻力。在高速運動時，摩擦阻力約占總阻力的40％左右。如何減少摩擦損失，節(jié)約能源是當今研究的熱門項目。當前國內(nèi)外的減阻方法包括以下幾個方面：添加劑減阻、涂層減阻、微氣泡減阻、溝槽減阻、聯(lián)合減阻，此外，減阻方法還有壁面振動減阻、隨行波減阻、形體減阻、磁減阻、泥沙減阻等。經(jīng)過幾十年的研究學者的努力，特別是湍流理論方面的發(fā)展，使得減阻技術的進一步研究和應用取得了突破性的進展。自然界的生物經(jīng)歷了近億年的進化過程，具備了適應環(huán)境的非光滑表面結構，大部分結構具備降低其表面摩擦阻力系數(shù)的能力，所以可以通過對生物表面的研究，設計生產(chǎn)減阻效果更好的結構。

目前仿生非光滑表面減阻的研究已經(jīng)日益成熟，如在生活中，瑞典設計師基于荷葉的原理，設計出自潔式盤子，無需手洗?；邗忯~皮表面設計出來的泳衣，大大提高了比賽時游泳的速度。在能源生產(chǎn)中，仿生非光滑表面減阻在油氣管道和泵葉片中的應用，很大程度的減少了運輸過程中的阻力，提高了運送管道中的壓力和速度。德國科學家仿鯊魚皮表面涂層，使得葉片的升阻比提高超過了30％。在農(nóng)業(yè)中，仿土壤動物的推土機能夠有效的降粘減阻，減少能量消耗，提高 生產(chǎn)效率。軍事上，已經(jīng)用于潛艇，飛機以及航空科技等表面，能夠更加有效的提升飛行以及航行速度。因此仿生減阻技術總的發(fā)展趨勢是：仿生非光滑表面擁有更佳的減阻效果，以便于在日常生活中減少磨損，提高能源的使用效率。因而一套精準高效的測試平臺對非光滑表面減阻的研究顯得越來越重要。

目前減阻測試裝置可以分為三類，這三類分別是：水洞試驗裝置、風洞試驗試驗裝置、水槽(水池)試驗裝置。基于水下的仿生非光滑表面減阻的研究，大多是通過結合減阻試驗的研究成果再將其投入到實際的工程運用中，基于以上背景，一套準確并有效的試驗平臺在理論研究工作中就顯得頗為重要。假如采用傳統(tǒng)的試驗裝置在生產(chǎn)線上進行試驗，則所需的試驗費用非常高，周期長，風險大且數(shù)據(jù)離散不精確。而小型的基于水下的仿生非光滑表面摩擦減阻測試裝置具有可控性強，數(shù)據(jù)可靠，試驗簡單方便的特點。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決目前的減阻測試裝置試驗費用非常高，周期長，風險大且數(shù)據(jù)離散不精確的問題，本發(fā)明提出了一種可控性強，數(shù)據(jù)可靠，試驗簡單方便的基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測試裝置。

本發(fā)明所述的基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測試裝置，包括試驗平臺支架、帶密封腔的旋轉測試部件、動力輸入組件、配水組件、移動組件和信號處理組件，所述的旋轉測試部件、動力輸入組件以及配水組件都安裝在所述的試驗平臺支架上，所述的移動組件與所述的試驗平臺支架固接；所述動力輸入組件通過第一聯(lián)軸器與所述的 信號處理組件的動力輸入端連接，所述信號處理組件的動力輸出端通過第二聯(lián)軸器與所述旋轉測試部件的旋轉軸一端相連接，旋轉測試部件另一端安裝移動組件；所述配水組件的進水管與所述旋轉測試部件的入水孔管道連接，所述配水組件的出水管與所述的旋轉測試部件的出水孔管道相連接，其特征在于：所述的旋轉測試部件包括旋轉軸、旋轉軸上的密封組件、密封腔組件以及置于密封腔組件內(nèi)部的試驗樣件測試組件，所述旋轉軸安裝在密封腔左端蓋上的通孔上，落在密封腔組件的外部的旋轉軸外端裝有密封組件，落在密封腔組件內(nèi)部的旋轉軸內(nèi)端安裝有試驗樣件測試組件；所述的旋轉測試部件與動力輸入組件、信號處理組件和移動組件具有相同的安裝中心高度；

所述密封組件為磁流體密封，包括圓環(huán)形永久磁鐵、兩塊與永久磁鐵相配合并相同的極靴，每塊極靴內(nèi)壁上有齒槽；兩塊極靴、形成相對運動的旋轉件以及極靴與旋轉件之間的間隙構成磁性回路，形成在旋轉件上的磁性密封；整個密封組件安放在軸套內(nèi)，所述軸套通過螺釘固連在密封腔左端蓋上；密封組件左右兩端分別放置有調(diào)整墊片，所述密封組件左端放置有軸承套對密封組件起到軸向固定的作用，所述軸承套通過螺釘固連在軸套上的相應位置；所述軸承端蓋通過螺釘固連在軸承套上相應位置對旋轉軸上的角接觸球軸承起到軸向定位作用，所述軸承端蓋上開有階梯型凹槽密封結構；

所述密封腔組件包括帶有入水孔和出水孔的密封腔、密封腔左端蓋和密封腔右端蓋，所述密封腔上開有用于排氣的螺紋孔，所述螺紋孔配有相應的密封螺栓；密封腔左端蓋、密封腔右端蓋分別與密封腔 兩端面密封固接；所述密封腔左端蓋的內(nèi)端面通孔外圈設有用于安放推力球軸承的環(huán)形圓臺結構，推力球軸承端蓋安裝在圓臺形結構端面；所述的密封腔右端蓋上設有用于安裝施壓支架的光孔；整個密封腔組件安裝在試驗平臺支架上的相應部位；

所述試驗樣件測試組件包括試樣承載架、試樣擋蓋、軸端擋圈、第一試驗樣件、第二試驗樣件和用于按壓在第二試驗樣件表面的施壓支架，所述試驗樣件測試組件除了施壓支架外均安裝在旋轉軸內(nèi)端部；所述試樣承載架套裝在旋轉軸內(nèi)端外壁并通過軸肩和連接鍵固接；所述第一試驗樣件套在試樣承載架外壁并與之固接，所述的試樣擋蓋通過軸端擋圈與旋轉軸內(nèi)端面固接，實現(xiàn)第一試驗樣件的軸向定位；所述第二試驗樣件與試樣擋蓋固接；所述的施壓支架與所述的密封腔右端蓋密封滑動連接并且所述的施壓支架外端的施力端面上設有壓力傳感器。

所述移動組件包括螺桿支撐座、螺桿、手柄、移動支架、圓柱直齒輪、用于與圓柱直齒輪嚙合的齒條和齒條固定板，所述螺桿支撐座通過螺栓固連在密封腔右端蓋外壁，所述的螺桿與所述的螺桿支撐座螺接，并且所述的螺桿內(nèi)端與壓力傳感器位置對應，螺桿右端固連手柄；所述的移動支架上部通過螺栓與所述的螺桿支撐座固連，所述移動支架底部安裝有圓柱直齒輪；所述齒條焊在預固定在試驗平臺支架相應位置的齒條固定板上，齒條固定板左右兩端焊有限位擋板。

所述動力輸入組件包括電機、第一聯(lián)軸器和電機支撐架，電機通過螺栓固連在電機支撐架上，電機支撐架安裝在試驗平臺支架上的相 應位置；電機的輸出軸通過第一聯(lián)軸器與所述的信號處理組件連接。

所述信號處理組件包括扭矩信號耦合器、扭矩信號耦合器支架和第二聯(lián)軸器，所述扭矩信號耦合器通過螺釘固連在扭矩信號耦合器支架上，扭矩信號耦合器支架通過螺釘固連在電機支撐架上的相應位置；扭矩信號耦合器左接第一聯(lián)軸器，右接第二聯(lián)軸器。

所述的配水組件包括水槽、離心泵、進水管和出水管，所述的離心泵的進水口通過管路引入所述的水槽內(nèi)，所述的離心泵的出水口與所述的進水管的進水端相連，所述的進水管的出水端與所述的密封腔的入水孔相連，所述的出水管的進水端與密封腔的出水孔連通，所述的出水管的出水端引入所述的水槽內(nèi)，實現(xiàn)測試用水的循環(huán)；所述的出水管上設有球閥；所述密封腔進水管路利用鋼管支撐架支撐。

所述的施壓支架包括用于按壓在第二試驗樣件端面上的按壓面、至少一根用于與密封腔右端蓋滑動連接的壓桿以及用于與移動組件的施力部接觸的受力面，所述的壓桿貫穿密封腔右端蓋上的光孔，并且所述的按壓面與壓桿內(nèi)端固接，受力面與壓桿外端固接，使得所述的按壓面始終位于所述的密封腔內(nèi)腔，受力面位于所述的密封腔外部，實現(xiàn)試驗支架與密封腔右端蓋密封滑動連接。

所述軸套采用非導磁材料的鋁合金制成。

所述的第一聯(lián)軸器和第二聯(lián)軸器均為彈性柱銷聯(lián)軸器。

所述第一試驗樣件和第二試驗樣件均為聚四氟乙烯材料。

本發(fā)明中的密封組件為磁流體密封，由圓環(huán)形永久磁鐵(N-S)，極靴和旋轉軸所構成的磁性回路，在磁鐵產(chǎn)生的磁場作用下，把放置在軸與極靴頂端縫隙間的磁流體加以集中，使其形成一個的“O”形環(huán)， 將縫隙通道堵死達到密封的目的。磁流體密封因為是液體形成的密封，只要是在允許的壓差范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)零泄漏，并且是非接觸式密封，不會在密封元件與旋轉軸之間產(chǎn)生摩擦，可以提高扭矩耦合器測量的精確度。軸套采用非導磁材料鋁合金制成，其內(nèi)孔與兩塊極靴過渡配合。實驗開始前，在水槽中注滿水，蓋上蓋板。同時，關閉腔體下端排水管道的閥門，并且擰開腔體上端的螺栓。準備妥善后啟動水泵，將水通過輸水管道輸送到密封腔體內(nèi)，腔體內(nèi)的空氣通過螺紋孔排出，隨著液體的不斷注入，當水漫過螺紋孔時，關閉水泵，并將螺栓重新擰緊。此時，打開另一端的電機，帶動旋轉軸旋轉，完成仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測試實驗。待所有試驗結束后，擰開密封腔體下端的排水管道球閥，水在重力的作用下將全部流回到水槽中，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。腔體內(nèi)選用的材料均為防水防銹材質，為安全起見，定期打開腔體進行維護保養(yǎng)，以避免生銹。試驗中的水在本試驗中達到了循環(huán)使用的標準，綠色、環(huán)保、無污染。如果需要在有外加壓力條件下進行，則選用對應的試驗樣件，并且通過手搖手柄緩緩推動施壓支架給予試驗樣件表面一定壓力，由于螺桿的自鎖能力，能夠使試驗樣件表面始終存在恒定壓力，通過扭矩信號耦合器測出該種恒壓條件下的扭矩。當需要更換不同表面結構的試樣樣件時，擰出腔體右端的螺栓，通過移動組件下面的齒輪齒條嚙合傳動，將整體的密封腔右端蓋以及施壓裝置向外移動，此時更換試驗樣件，待試驗樣件更換好后，將平臺往回移動，再擰上螺栓，便可進行下一組試驗。

本試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號處理器的測控軟件件由LabVIEW編寫。在做仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測試實驗時，電機通過扭矩耦合器帶動旋轉軸旋轉，旋轉軸上的第一試驗樣件以相同的角速度旋轉，第一試驗樣件受到流體的摩擦阻力，摩擦阻力轉化成扭矩通過旋轉軸被扭矩信號耦合器所測得。在做有外加壓力下的摩擦阻力測試試驗時，第二試驗樣件受到施壓支架對其的壓力，在第二試驗樣件旋轉表面產(chǎn)生摩擦阻力，摩擦阻力轉化成扭矩通過旋轉軸被扭矩信號耦合器所測得。扭矩信號耦合器采集到的模擬信號經(jīng)過變送器的轉換、放大和濾波的處理，將傳感器采集到的信號轉換為能與數(shù)據(jù)采集模塊連接的模擬信號，模擬信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊進行A/D轉換，轉變?yōu)槟鼙恍盘柼幚砥鲀Υ娴臄?shù)字信號，儲存在信號處理器中。

本發(fā)明有益的效果是：本裝置能夠實現(xiàn)對仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測試試驗以及基于在不同壓力下的仿生非光滑表面摩擦阻力測試試驗。在做仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測試試驗時，試驗樣件可以加工成不同脊狀結構，如凹坑結構、凸起結構、矩型結構等；或在試驗樣件表面涂覆涂層。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集在不同試驗樣件情況下的扭矩信號值，進行數(shù)據(jù)比對，得到不同表面結構的減阻效果，研究仿生非光滑表面結構的減阻特性；在做基于在不同壓力下的仿生非光滑表面摩擦阻力測試試驗時，可以比較在不同壓力下不同結構的非光滑表面的扭矩大小，進而比較不同工況下的減阻效果。本試驗裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構簡單，操作容易，測試準確。當某種情況試驗樣件試驗完成后，只需更改試驗樣件即可，本試驗裝置 設計移動組件用于試驗樣件的更換，此更換過程簡單、操作容易、節(jié)約時間、降低使用成本；供水部分通過協(xié)調(diào)離心泵、PVC球閥可以實現(xiàn)水的循環(huán)利用，且試驗流體介質為水，環(huán)保無污染；在回轉動密封處采用磁流體密封，具有其壽命長、無磨損、可以實現(xiàn)零泄漏、不會產(chǎn)生密封元件與旋轉軸的摩擦，因此可以提高扭矩測量的精確度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構圖。

圖2是本發(fā)明的俯視圖。

圖3是本發(fā)明帶有橢圓型凸起非光滑表面的第一試驗樣件。

圖4a是本發(fā)明帶有橢圓型凸起非光滑表面的第二試驗樣件。

圖4b是圖4a剖視圖。

圖5是本發(fā)明的旋轉測試部件的結構圖。

圖6是本發(fā)明的移動組件結構圖。

圖7是本發(fā)明的密封組件的結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本發(fā)明

參照附圖：

實施例1實施本發(fā)明所述的基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測試裝置，包括試驗平臺支架、帶密封腔的旋轉測試部件、動力輸入組件、配水組件、移動組件和信號處理組件，所述的旋轉測試部件、動力輸入組件以及配水組件都安裝在所述的試驗平臺支架上，所述的移動組件與所述的試驗平臺支架焊接；所述動力輸入組件通過第一聯(lián) 軸器與所述的信號處理組件的動力輸入端連接，所述信號處理組件的動力輸出端通過第二聯(lián)軸器與所述旋轉測試部件的旋轉軸一端相連接，旋轉測試部件另一端安裝移動組件；所述配水組件的進水管與所述旋轉測試部件的入水孔管道連接，所述配水組件的出水管與所述的旋轉測試部件的出水孔管道相連接，

如圖5所示，所述旋轉測試部件包括旋轉軸25、旋轉軸上的密封組件、密封腔組件、試驗樣件測試組件。所述旋轉軸25通過密封腔左端蓋17上的通孔安裝在密封腔左端蓋相應位置上，旋轉軸左端裝有密封組件，右端安裝有試驗樣件測試組件，整個試驗樣件測試組件安放在密封腔組件內(nèi)部。旋轉測試部件利用肋板50焊在試驗平臺支架2上，并保持與動力輸入組件、信號處理組件和移動組件具有相同的安裝中心高度。

如圖7所示，所述密封組件為磁流體密封，包括圓環(huán)形永久磁鐵、兩塊與永久磁鐵相配合的相同的極靴13，每塊極靴內(nèi)壁上有齒槽；兩塊極靴、形成相對運動的旋轉件以及極靴與旋轉件之間的間隙構成磁性回路，形成在旋轉件上的磁性密封。整個密封組件安放在軸套12內(nèi)，所述軸套12通過螺釘固連在密封腔左端蓋17上。密封組件左右兩端分別放置有調(diào)整墊片，所述密封組件左端放置有軸承套11對密封組件起到軸向固定的作用，所述軸承套通11過螺釘固連在軸套12上的相應位置。所述軸承端蓋8通過螺釘固連在軸承套11上相應位置對旋轉軸25上的角接觸球軸承10起到軸向定位作用，所述軸承端蓋8上開有階梯型凹槽密封結構，防止外部粉塵進入影響角接觸 球軸承10的使用壽命。

所述密封腔組件包括帶有進水孔和出水孔的密封腔19、密封腔左端蓋17和密封腔右端蓋29。所述密封腔19上開有用于排氣的螺紋孔，所述螺紋孔配有相應的密封螺栓23。所述密封腔左端蓋17與密封腔右端蓋29分別安裝在密封腔19的兩端。密封腔左端蓋17和密封腔右端蓋29通過螺釘固連在密封腔體19上，密封腔左端蓋17和密封腔右端蓋29與密封腔19接觸部分裝有密封墊片，利用螺栓的預緊力壓靜密封墊片來進行密封。所述密封腔左端蓋17上設置有環(huán)形圓臺結構用來安放推力球軸承15，并利用螺釘將推力球軸承端蓋16固連在密封腔左端蓋17圓臺形結構的相應位置，對推力球軸承15起到軸向定位的作用。所述密封腔右端蓋29上開有用于安放施壓支架30的通孔，每根施壓支架30的壓桿穿過密封腔右端蓋通孔上的相應位置，每個通孔上配有o型密封圈進行密封。所述密封腔右端蓋29上開有用于螺栓31連接螺桿支撐座的光孔，每個光孔上配有相應的螺栓31，并利用密封墊片對光孔進行密封。整個密封腔組件通過肋板50焊在試驗平臺支架2上的相應部位。

所述試驗樣件測試組件包括試樣承載架24、試樣擋蓋26、軸端擋圈28、第一試驗樣件22如圖3所示、第二試驗樣件27如圖4所示、施壓支架30。所述試驗樣件測試組件除了施壓支架30外均安裝在旋轉軸25右端相應位置上。所述試樣承載架24套裝在旋轉軸25右端通過軸肩進行軸向固定，試樣承載架24與旋轉軸25之間連有鍵18對試樣承載架24進行周向固定。所述第一試驗樣件22套在試樣 承載架24上，將試樣擋蓋26安放在第一試驗樣件22右側相應位置，并通過螺釘將軸端擋圈28固連在旋轉軸25上對試樣擋蓋26起軸向固定作用，從而實現(xiàn)第一試驗樣件22的固定。所述第二試驗樣件27通過螺釘固連在試樣擋蓋26上。所述施壓支架30安裝在密封腔右端蓋29相應位置處，通過o型密封圈對施壓支架30的壓桿進行密封，施壓支架30可通過移動組件上螺桿36受力進行左右的移動，給第二試驗樣件27表面施加壓力，所述螺桿施壓面34上安裝有壓力傳感器35，可接收試驗時第二試驗樣件27上所受的力，對不同受力情況下的仿生非光滑表面摩擦阻力進行測試。

如圖6所示，所述移動組件包括螺桿支撐座32、螺桿36、手柄37、移動支架39、限位擋板40、圓柱直齒輪41、齒條固定板42、齒條43。所述螺桿支撐座32通過螺栓36固連在密封腔左端蓋17上，螺桿支撐座32上通過螺釘固連著帶有內(nèi)螺紋的螺母38，所述螺母38與螺桿36的螺紋進行配合，螺桿36右端固連手柄37，通過手柄37的轉動使螺桿36左右移動。螺桿支撐座32通過螺栓與移動支架39固連，所述移動支架39底部安裝有圓柱直齒輪41與所述齒條43進行嚙合，采用齒輪齒條的傳動結構，有利于傳動時的平穩(wěn)性，不損傷到腔壁，不破壞腔體重合后的密封性。所述齒條43焊在齒條固定板42上，齒條固定板42左右兩端焊有限位擋板40，使整個移動組件在一定的范圍內(nèi)移動。

如圖1和圖2所示，所述動力輸入組件包括電機3、第一聯(lián)軸器4和電機支撐架51，電機3通過螺栓固連在電機支撐架51上，電機 支撐架51安放在試驗平臺支架2上的相應位置，通過焊接固連在試驗平臺支架2上；電機3軸伸連接第一聯(lián)軸器4左端，第一聯(lián)軸器4右端連接所述的信號處理組件。所述信號處理組件包含信號扭矩耦合器6、扭矩信號耦合器支架5、第二聯(lián)軸器7；所述扭矩信號耦合器6通過螺釘固連在扭矩信號耦合器支架5上，扭矩信號耦合器支架5通過螺釘固連在電機支撐架51上的相應位置；扭矩信號耦合器左接第一聯(lián)軸器4，右接第二聯(lián)軸器7。

所述信號處理組件包括扭矩信號耦合器、扭矩信號耦合器支架和第二聯(lián)軸器，所述扭矩信號耦合器通過螺釘固連在扭矩信號耦合器支架上，扭矩信號耦合器支架通過螺釘固連在電機支撐架上的相應位置；扭矩信號耦合器左接第一聯(lián)軸器，右接第二聯(lián)軸器。

所述的配水組件包括水槽48、離心泵47、進水管20和出水管，所述的離心泵的進水口通過管路引入所述的水槽48內(nèi)，所述的離心泵47的出水口與所述的進水管的進水端相連，所述的進水管的出水端與所述的密封腔的入水孔相連，所述的出水管的進水端與密封腔的出水孔連通，所述的出水管的出水端引入所述的水槽48內(nèi)，實現(xiàn)測試用水的循環(huán)；所述的出水管上設有球閥49。所述密封腔進水管20路利用鋼管支撐架33支撐。

所述的施壓支架包括用于按壓在第二試驗樣件端面上的按壓面、至少一根用于與密封腔右端蓋滑動連接的壓桿以及用于與移動組件的施力部接觸的受力面，所述的壓桿貫穿密封腔右端蓋上的光孔，并且所述的按壓面與壓桿內(nèi)端固接，受力面與壓桿外端固接，使得所述 的按壓面始終位于所述的密封腔內(nèi)腔，受力面位于所述的密封腔外部，實現(xiàn)試驗支架與密封腔右端蓋密封滑動連接。

所述的第一聯(lián)軸器4和第二聯(lián)軸器7均為彈性柱銷聯(lián)軸器。

所述第一試驗樣件22和第二試驗樣件27均為聚四氟乙烯材料。

所述軸套12采用非導磁材料的鋁合金制成。

上述結構中：1、9、14、44代表螺栓。

本發(fā)明中的密封組件為磁流體密封，由圓環(huán)形永久磁鐵(N-S)，極靴13和旋轉軸25所構成的磁性回路，在磁鐵產(chǎn)生的磁場作用下，把放置在旋轉軸25與極靴13頂端縫隙間的磁流體加以集中，使其形成一個的“O”形環(huán)，將縫隙通道堵死達到密封的目的。磁流體密封因為是液體形成的密封，只要是在允許的壓差范圍內(nèi)，可以實現(xiàn)零泄漏，并且是非接觸式密封，不會在密封元件與旋轉軸之間產(chǎn)生摩擦，可以提高扭矩耦合器測量的精確度。軸套12采用非導磁材料鋁合金制成，其內(nèi)孔與兩塊極靴過渡配合。實驗開始前，在水槽48中注滿水，蓋上蓋板。同時，關閉排水管道上的球閥49，并且擰開密封腔體上端的螺栓23。準備妥善后啟動離心泵47，將水通過輸水管道輸送到密封腔體內(nèi)，腔體內(nèi)的空氣通過螺紋孔排出，隨著液體的不斷注入，當水漫過螺紋孔時，關閉離心泵47，并將螺栓23重新擰緊。此時，打開另一端的電機3，帶動旋轉軸25旋轉，完成仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測試實驗。如果需要在有外加壓力條件下進行，則選用對應的試驗樣件，并且通過手搖手柄37緩緩推動施壓支架30給予第二試樣27表面一定壓力，由于螺桿36的自鎖能力，能夠使第二 試驗樣件27表面始終存在恒定壓力，通過扭矩信號耦合器6測出該種條件下的摩擦力。當需要更換不同表面結構的試樣樣件時，擰出密封腔體右端的螺栓，通過移動組件下面的齒輪41齒條42嚙合傳動，將整體的密封腔右端蓋29壁面以及施壓裝置向外移動，此時更換試驗樣件，待試驗樣件更換好后，將移動組件往回移動，當密封腔右端蓋29與密封腔19將密封墊片壓緊貼合后，再擰上螺栓，便可進行下一組試驗。待所有實驗結束后，擰開密封腔體下端的排水管道上的球閥49，水在重力的作用下將全部流回到水槽48中。密封腔選用的材料均為防水防銹材質，為安全起見，定期打開腔體進行維護保養(yǎng)，以避免生銹。試驗中的水在本試驗中達到了循環(huán)使用的標準，綠色、環(huán)保、無污染。

本試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號處理器的測控軟件件由LabVIEW編寫。在做仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測試實驗時，電機3通過扭矩耦合器6帶動旋轉軸25旋轉，與旋轉軸25相連接的第一試驗樣件22以相同的角速度旋轉，第一試驗樣件22受到流體的摩擦阻力，摩擦阻力轉化成扭矩通過旋轉軸25被扭矩信號耦合器6所測得。在做有外加壓力下的摩擦阻力測試試驗時，第二試驗樣件27受到施壓支架30對其的壓力，在第二試驗樣件27旋轉表面產(chǎn)生摩擦阻力，摩擦阻力轉化成扭矩通過旋轉軸25被扭矩信號耦合器6所測得。扭矩信號耦合器6采集到的模擬信號經(jīng)過變送器的轉換、放大和濾波的處理，將傳感器采集到的信號轉換為能與數(shù)據(jù)采集模塊連接的模擬信號，模擬信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊進行A/D轉換，轉變?yōu)槟鼙恍盘?處理器儲存的數(shù)字信號，儲存在信號處理器中。

安裝過程：旋轉測試部件的安裝：在旋轉軸上通過鍵連接試樣承載架，再套入第一試驗樣件，在第一試驗樣件的右端貼合試樣擋蓋，通過螺釘把軸端擋圈壓緊在試樣擋蓋上，從而實現(xiàn)對試樣擋蓋的固定。第二試驗樣件通過螺釘固連在試樣擋蓋上。試樣承載架由軸肩和試樣擋蓋實現(xiàn)軸向固定，通過鍵實現(xiàn)周向固定。第一試驗樣件通過試樣擋蓋的壓緊力實現(xiàn)固定。將密封腔通過肋板焊在試驗平臺支架上的相應位置，通過螺釘將密封腔左端蓋固連在密封腔體上，密封腔與密封腔左端蓋之間有密封墊片密封，將推力球軸承放置在密封腔左端蓋相應位置的圓臺處利用螺釘將推力球軸承端蓋固連在密封腔左端蓋圓臺相應位置處，實現(xiàn)對推力球軸承的軸向固定。將之前安裝好試驗樣件的旋轉軸從密封腔左端蓋的右邊裝入，再利用螺釘將軸套固連在密封腔左端蓋上，在軸套內(nèi)放入密封組件，通過螺釘將軸承套固連在軸套上，實現(xiàn)對密封組件的軸向固定。在軸承套內(nèi)放入角接觸球軸承，通過螺釘將軸承端蓋固連在軸承套上，利用軸肩和軸承端蓋實現(xiàn)對角接觸球軸承的軸向固定。將壓桿焊接在施壓面上，穿過密封腔右端蓋上相應位置上的光孔，光孔處安裝有o型密封圈對壓桿起著密封作用，利用螺釘將螺桿施壓面固連在壓桿上，螺桿施壓面上安裝有壓力傳感器，可以實時測量試驗過程中螺桿施加的壓力。通過螺栓將螺桿支撐座固連在密封腔右端蓋相應位置處，螺栓的螺母處安放有密封墊片，利用螺栓預緊力壓緊密封墊片起到密封作用。利用螺釘將螺母固連在螺桿支撐座上，利用螺母內(nèi)螺紋旋入螺桿，在螺桿右端安裝手柄。 通過螺釘將裝配好的密封腔右端蓋部分固連在密封腔體上，密封腔右端蓋與密封腔中間安裝有密封墊片起著密封作用。

將齒條固定板焊接在試驗平臺支架上的相應位置，在齒條固定板前后兩端焊接限位擋板，使整個移動組件在一定范圍內(nèi)移動，再在齒條固定板上面焊接齒條，在齒條上放置圓柱直齒輪，圓柱直齒輪與齒條進行嚙合，采用齒輪齒條的傳動結構移動，在圓柱直齒輪上安裝有移動支架。將移動支架移動到相應位置通過螺釘使移動支架固連在螺桿支撐架上。

在試驗平臺支架上相應位置焊接電機支撐架，利用螺釘將扭矩耦合器支撐架固連在電機支撐架上，通過第二聯(lián)軸器連接旋轉軸和扭矩耦合器，將扭矩耦合器安裝在扭矩耦合器上支撐座。扭矩耦合器的另一端通過第一聯(lián)軸器連接電機軸伸，電機通過螺釘固連在電機支撐座上相應位置。確保動力輸入組件、信號處理組件、旋轉測試部件和移動組件具有相同的中心高度。

在裝配配水組件時，密封腔進水管路通過一端帶有外螺紋的PVC管連接在密封腔上，密封腔進水管另一端連接在離心泵的出水管道上。離心泵進水管出口連接在離心泵進口處，離心泵進水管進口放置在水槽中。通過離心泵將水槽中的水輸送進入密封腔中。密封腔出水管一端連接在密封腔的出水口處，另一端放置在水槽中，實現(xiàn)水的循環(huán)利用。密封腔進水管路通過鋼管支撐架支撐，密封腔出水管路通過試驗平臺支架上略大的通孔支撐，分擔整個管路的重量，便于管件的穩(wěn)定性。密封腔上有用于排氣的螺紋孔。

當做基于水下的仿生非光滑表面摩擦阻力測試時。實驗開始前，在水槽中注滿水，蓋上蓋板。同時，關閉密封腔下端排水管道的球閥，并且擰開密封腔體上端的螺栓。準備妥善后啟動水泵，將水通過輸水管道輸送到密封腔體內(nèi)，腔體內(nèi)的空氣通過螺紋孔排出，隨著液體的不斷注入，當水漫過螺紋孔時，關閉水泵，并將螺栓重新擰緊。此時，打開另一端的電機，帶動旋轉軸旋轉。試驗過程中通過變頻調(diào)節(jié)電機在幾組不同轉速情況下，將不同轉速下對應的扭矩信號耦合器所測得的信號值，通過變送器對信號進行放大濾波后將模擬信號輸送給采集卡，并由采集卡輸送至計算機將相應數(shù)值存儲在計算機中。完成仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測試試驗后，擰開球閥將水排回到水槽中，實現(xiàn)水的循環(huán)利用，然后擰開密封腔右端蓋上的螺釘，移動移動組件，更換具有不同仿生結構的第一試驗樣件，重新將密封腔右端蓋固連在密封腔體上后，開始下一次的仿生非光滑表面在水環(huán)境下的摩擦阻力測試。比較不同仿生試驗樣件的摩擦系數(shù)。

在做有外加壓力條件下仿生非光滑表面摩擦阻力測試時，此時不需要往密封腔內(nèi)注水。選用對應的第二試驗樣件，并且通過手搖手柄緩緩推動施壓支架給予第二試驗樣件表面一定壓力，由于螺桿的自鎖能力，能夠使樣件表面始終存在恒定壓力，壓力通過螺桿試驗面上的壓力傳感器測得，通過扭矩信號耦合器測出該恒壓條件下的扭矩。將不同壓力下對應的扭矩信號耦合器所測得的信號值，通過變送器對信號進行放大濾波后將模擬信號輸送給采集卡，并由采集卡輸送至計算機將相應數(shù)值存儲在計算機中。當需要更換不同的表面結構的試樣樣 件時，擰出腔體右端的螺栓，通過移動組件下面的齒輪齒條嚙合傳動，將整體的壁面以及施壓裝置向外移動，此時更換第二試驗樣件，待第二試驗樣件更換好后，將平臺往回移動，再擰上螺栓，便可進行下一組有外加壓力條件下仿生非光滑表面摩擦阻力測試試驗。通過計算機記錄的試驗數(shù)據(jù)可以比較不同仿生試驗樣件的摩擦系數(shù)。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也包括本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明構思所能夠想到的等同技術手段。