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龍圖騰網(wǎng)獲悉中南大學(xué)申請的專利一種高速入水沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法獲國家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國家知識產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號為：CN120274997B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-09-16發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請?zhí)?專利號為：202510740744.5，技術(shù)領(lǐng)域涉及：G01M10/00；該發(fā)明授權(quán)一種高速入水沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法是由姚術(shù)健;王延靖;孫洪吉;魯寨軍;田嵐仁;劉凱設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2025-06-05向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請。

本一種高速入水沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明公開了一種高速入水沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。所述試驗(yàn)系統(tǒng)包括二氧化碳相變加速模塊和試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件包括氣缸、活塞桿組件、電磁吸盤、配重限位板；試驗(yàn)水箱內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體落區(qū)安裝壓力傳感器、高速攝影機(jī)，二氧化碳相變加速模塊內(nèi)安裝溫度傳感器；初始狀態(tài)時(shí)，電磁吸盤將配重限位板、活塞桿組件、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體固定在初始位置；試驗(yàn)開始且試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體未入水時(shí)，配重限位板、活塞桿組件、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體一起向下加速運(yùn)動(dòng)，直至試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體加速至目標(biāo)速度；試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體入水時(shí)，氣缸內(nèi)氣體卸壓并停止對試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體的加速，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體以目標(biāo)速度落入試驗(yàn)水箱的水體內(nèi)。本發(fā)明不需要較高的入水高度即可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)高速入水。

本發(fā)明授權(quán)一種高速入水沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法在權(quán)利要求書中公布了：1.一種高速入水沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試驗(yàn)臺架和試驗(yàn)水箱，所述試驗(yàn)臺架架設(shè)在所述試驗(yàn)水箱上方，所述試驗(yàn)臺架上安裝二氧化碳相變加速模塊和試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件，其特征在于， 所述二氧化碳相變加速模塊用于通過二氧化碳相變產(chǎn)生高壓二氧化碳混合氣，所述二氧化碳相變加速模塊包括至少一個(gè)相變管和均壓室，各所述相變管按時(shí)間次序與所述均壓室連通； 所述試驗(yàn)結(jié)構(gòu)組件包括: 氣缸，其內(nèi)部安裝活塞桿組件，所述活塞桿組件包括活塞和推桿，所述活塞將氣缸內(nèi)腔沿氣缸軸向分為第一腔和第二腔，所述第一腔與所述二氧化碳相變加速模塊的均壓室出氣口連接，所述第二腔內(nèi)安裝所述推桿，所述推桿的一端連接活塞，另一端從所述第二腔伸出并連接試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體； 電磁吸盤，用于固定試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體的初始位置； 配重限位板，滑動(dòng)安裝于所述推桿上，并與所述電磁吸盤吸合，且所述配重限位板上設(shè)置用于安裝配重的配重安裝區(qū)； 導(dǎo)軌，安裝在所述試驗(yàn)臺架上，所述配重限位板滑動(dòng)安裝于所述導(dǎo)軌上； 所述試驗(yàn)水箱內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體落區(qū)附近安裝用于監(jiān)測試驗(yàn)水箱內(nèi)水壓力變化的壓力傳感器和用于監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體入水速度、落水角度、水下運(yùn)動(dòng)過程試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體表面變化情況的高速攝影機(jī)，所述二氧化碳相變加速模塊內(nèi)安裝溫度傳感器，用于監(jiān)測高壓二氧化碳混合氣溫度； 初始狀態(tài)時(shí)，所述電磁吸盤將所述配重限位板、活塞桿組件、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體固定在初始位置； 試驗(yàn)開始后且試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體未入水時(shí)，在所述二氧化碳相變加速模塊輸出氣體作用下，所述配重限位板、活塞桿組件、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體一起向下加速運(yùn)動(dòng)，直至所述試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體加速至目標(biāo)速度； 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體入水時(shí)，所述氣缸內(nèi)氣體卸壓并停止對試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體的加速，所述試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體以目標(biāo)速度落入所述試驗(yàn)水箱的水體內(nèi)，同時(shí)所述壓力傳感器監(jiān)測所述試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體入水時(shí)的水體壓力，所述高速攝影機(jī)監(jiān)測所述試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體入水速度、落水角度及試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體表面變化情況； 所述二氧化碳相變加速模塊的相變管數(shù)量及多根相變管釋放時(shí)間間隔的確定方法為： 1）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體的實(shí)際入水速度需求，計(jì)算氣缸內(nèi)所需的高壓二氧化碳混合氣壓力，其中： 氣缸內(nèi)壓力、氣缸內(nèi)徑尺寸、氣缸有效作動(dòng)行程、試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體的入水速度之間的關(guān)系如下： 式中為活塞桿組件、角度調(diào)節(jié)螺栓、配重限位板的質(zhì)量總和，單位為kg，為試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體的質(zhì)量，單位為kg；為氣缸內(nèi)徑，單位；為氣缸內(nèi)t時(shí)刻壓強(qiáng)，單位為；為氣缸有效作動(dòng)行程，單位為m；g為重力加速度，單位為； 2）計(jì)算單個(gè)相變管與均壓室連通時(shí)，均壓室內(nèi)的壓力： 已知?dú)飧装霃綖椋囼?yàn)體的重量為，壓強(qiáng)作用面半徑為，均壓室體積為，試驗(yàn)體有效行程為，摩擦系數(shù)為，垂直加速角度為時(shí)，單根相變管做功能量與均壓室內(nèi)空氣初始能量之和等于相變管內(nèi)液態(tài)二氧化碳能量、試驗(yàn)體動(dòng)能以及試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體重力勢能之和： 式中，為均壓室內(nèi)工質(zhì)能量，J；為試驗(yàn)體運(yùn)動(dòng)速度，ms；為重力加速度，ms2；h為試驗(yàn)結(jié)構(gòu)體運(yùn)動(dòng)高度，m；為均壓室內(nèi)空氣初始能量，J；為單根相變管釋放氣體進(jìn)入均壓室的能量，J； 式中，為均壓室內(nèi)空氣質(zhì)量，；為均壓室內(nèi)空氣初始焓值，為空氣的摩爾體積，為空氣的摩爾質(zhì)量； 試驗(yàn)體運(yùn)動(dòng)加速度： 式中，是時(shí)刻均壓室內(nèi)的壓力，；是均壓室內(nèi)空氣初始壓力，即大氣壓力，；為90°； 3）計(jì)算個(gè)相變管以一定的間隔時(shí)序依次與均壓室連通時(shí)，均壓室內(nèi)的壓力： 均壓室內(nèi)二氧化碳能量： 式中，是時(shí)刻進(jìn)入均壓室的第1根相變管做功能量，是時(shí)刻進(jìn)入均壓室的第2根相變管做功能量，是時(shí)刻進(jìn)入均壓室的第根相變管做功能量； 單個(gè)相變管釋放的二氧化碳能量是一個(gè)的時(shí)間序列： 式中，是單個(gè)相變管釋放能量的時(shí)間，為時(shí)刻釋放的能量，為時(shí)刻釋放的能量，是二氧化碳能量序列的時(shí)間步長，即相變管釋放時(shí)間間隔，為時(shí)刻釋放的能量； 假設(shè)有個(gè)相變管以的時(shí)序依次釋放工質(zhì)到均壓室，總做功能量的時(shí)間序列為： 單個(gè)相變管釋放的二氧化碳質(zhì)量看作一個(gè)的時(shí)間序列： 式中，是單個(gè)相變管（12）釋放的二氧化碳質(zhì)量，是單個(gè)相變管（12）釋放能量的時(shí)間，為時(shí)刻釋放的二氧化碳質(zhì)量，為時(shí)刻釋放的能量，是二氧化碳質(zhì)量序列的時(shí)間步長（即相變管釋放時(shí)間間隔），為時(shí)刻釋放的二氧化碳質(zhì)量； 個(gè)相變管以的時(shí)序依次釋放二氧化碳到低壓室，總二氧化碳質(zhì)量的時(shí)間序列為： ， 式中，是t0時(shí)刻進(jìn)入均壓室的相變管二氧化碳質(zhì)量，是時(shí)刻進(jìn)入均壓室的相變管二氧化碳質(zhì)量，是時(shí)刻進(jìn)入均壓室的相變管二氧化碳質(zhì)量； 求得時(shí)刻均壓室內(nèi)空氣的密度和時(shí)刻從相變管進(jìn)入均壓室的二氧化碳的密度后，結(jié)合試驗(yàn)體運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)而得到個(gè)相變管與均壓室連通時(shí)，均壓室內(nèi)的壓力； 4）具體計(jì)算時(shí)，不斷假設(shè)相變管數(shù)量及相變管釋放時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)算，通過一步步迭代計(jì)算，獲得到一個(gè)預(yù)期的壓力值、速度值、位移值，再根據(jù)試驗(yàn)所需的試驗(yàn)體入水速度要求對應(yīng)的氣缸內(nèi)高壓二氧化碳混合氣壓力要求，確定試驗(yàn)所需的二氧化碳相變加速模塊的相變管數(shù)量及多根相變管釋放時(shí)間間隔。

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