旋转式高速水洞设计动力系统设计(3)
图1.5 小型水洞模型
与其他流体力学的实验装置相比，水洞的运用领域非常广泛，不仅可以用于现代
飞行器的研发，还可以运用水下航行器的研制。在军用领域，水洞可以用于鱼雷力学的研究，民用方面，对于流体力学研究的贡献也非常巨大。与风洞试验相比，水洞实验虽然存在雷诺数低、边界层厚、有浮力、介质不可压缩等特点，但在应用研究中，它却有很多独特的优点：（1）可以显示模型的真实绕流情况，观察动态实验全过程的动态效应，更便于对流场进行光学观察。（2）水洞中机械结构对流场的干扰小而且稳定。
水洞作为一种实验设备，运用于现代科学的各个领域，但是其自身的发展也要得
到其他学科的大力支持，其中机械设计就起到了巨大的作用。水洞有重力式水洞，通气空化水洞，旋转式水洞，高速水洞，自由液面水洞等类型。其中，重力式水洞依靠水的势能来提供动力[15]，空化水洞是在水中产生空化，形成一个白色泡沫状的区域，有的时候甚至要求产生超空泡[16]。这两种的水洞，要达到其要求，有两个方面的方法，一是提高水洞工作段的水速，二是降低水洞工作段的压力。这就提出了旋转式高速水洞的设计要求。
图1.6 高速空化水洞图
高速水洞则是从事水下大型航行器流体力学研究的大型实验设备，在航行器研制
过程中起到了巨大的作用。可以承担大量的水下航行器相关实验研究任务，为多种型号的水下航行器的技术攻关做出突出贡献。
图1.7 水洞基本模型
2 总体设计
2．1 工作原理
本次设计的结构如图2.1所示。电机经过减速器将转速降到一个较低的数值，然后再变速箱的作用下通过换挡输出不同的转速，从而带动叶片以不同的速度旋转。
图2.1 动力系统结构图
2．2 总体设计
由最终叶片的旋转速度约为1r/s可以得出最终带动叶片旋转的轴的转速要达到60r/min，因此设计的结果应该在这个转速附近，结合设计要求将输出转速定为120r/min，60r/min,30r/min和240r/min。
由于变速箱的变速范围不是很大，因此将变速箱的输入转速定在120r/min左右，其各级传动比则分别为
。
由于变速箱的输入转速即为减速器的输出转速，因此减速器的总传动比为
采用二级圆柱齿轮的传动结构，根据传动情况分配传动比。
3 电机选型
本次设计选择功率为350kW以上的电机（该功率由后面结构的设计者提供），为一个大功率电机。查机械设计手册可知需选取YKK系列中型高压三相异步电机，具体方案有以下四种，如表3.1所示。
表3.1 YKK系列400kW电机
方案 型号 额定功率（kW） 满载转速（r/min） 重量 效率
1
YKK4003-2 400 2980 2580 93.7
2 YKK4004-4 400 1480 2950 93.7
3 YKK4502-6 400 980 3920 93.8
4 YKK5001-8 400 740 4500 93.7
5 YKK5003-10 400 590 5020 93.3
因为减速器的传动比由电机转速决定，所以选用一个转速较小的电机。综合考虑各方面的因素，选择电机型号为YKK5001-8，功率为400KW，满载转速为740r/min。
4.减速器的设计