旋转式高速水洞设计动潜体式旋臂系统设计(6)
本课题中，试件为直径100mm，长500mm的圆柱体，流体为水。由于水与试件形成相对运动，我们可以把其看成是水在相同的圆柱管中以30m/s的速度流动。
所以 =1.47×107，因此流场处于湍流层。当处于湍流层时，流体的摩擦阻力公式便为：
F摩擦阻力 = (2.2)
其中摩擦系数 =0.0035
所以F摩擦阻力=200N
而试件与水正面撞击所产生的阻力则为
=2250N
F正＞＞F摩擦阻力 ，考虑到计算误差以及安全系数等综合因素的影响，我们设计时将阻力扩大为10000N进行考虑。
本课题主要考虑试件在水下运动时受到的水延试件运动方向的阻力，而且其他力也远远小于阻力，因此在设计过程对于旋臂受到的其他力不予考虑。
如图2.2所示，旋臂在外侧端部受到10000N的力垂直作用在旋臂上，由此我们便可以计算整个旋臂系统受到的弯矩与扭矩的作用情况。具体结果如下图2.3、图2.4、图2.5所示。
图2.2 旋臂受力示意图
图2.3 水平旋臂弯矩图
图2.4 水平旋臂扭矩图
图2.5 竖直旋臂弯矩图
2.3 旋臂结构初设计
实验装置中，旋臂所受到的弯矩以及扭矩相当大，所以要保证旋臂的强度与刚度，结构设计中一定要充分考虑到各方面因素。
因素旋臂稳定性的主要有两方面的因素，一方面是旋臂的受力状况；另一方面则是旋臂自身的结构形式以及材料特性。由于旋臂的受力情况一定，设计过程中没法改变，所以我们只能从旋臂自身结构形式与材料出发保证旋臂的强度与刚度。
我们知道梁的强度条件可写成
可见，梁可能承受的最大弯矩与抗弯截面系数W成正比。另一方面，使用材料的多少和自重的大小，则与截面面积A成正比。因而合理的截面形状应该是截面面积A较小，而抗弯截面系数W较大。
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