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1.2 高速水洞试验背景
1.2.1 水洞的定义
水洞，用水作为工作介质的流体力学实验设备，主要用于流态观察。高速水洞是从事水下航行器流体力学研究的大型基础实验设备，然而,多年来高速水洞实验室一直作为专业实验室使用,在学生创新能力培养方面的潜在价值未被充分发掘。然而在大量的资料查阅过程中，我深入的去了解旋转式高速水洞的结构组成，水洞是一个流速和压力可以分别控制的水循环系统。水洞的试验段截面有圆形的、方形的，也有矩形的。同拖曳水池正好相反，在水洞中移动的不是试验物体，而是可控水流。水洞的运转性能类似亚声速风洞,只是试验介质不同。最早的水洞是英国C.A.帕森斯于1896年建造的（如下图1.1
图1.1 水洞示意图
总体简而言之，水洞试验装置可以分为三个部分：能源装置——驱动装置——流质载体。而本实验所用的能源装置是驱动电机，带动流质
运动的是叶片，所用流质载体是普通的水。本试验装置设计后，亦可以称为透平机械的一种。都是由叶片带动载体，进行不同能量之间的转换。
1.2.2 水洞试验的特点
完整的水洞试验有压力调节系统。水洞上游顶部的密闭箱中有自由水面，水面上有空气，与真空泵连接。抽出空气时，可以降低试验段中的压强，也可以增加试验段中的压强。水洞有去气系统，以减少水中的空气含量；水通过管路进入去气塔，去气后回到水洞。水洞的过滤系统使水保持清洁。水洞的控制系统调控水流速度和压力，并且调控测试系统和数据处理系统等。
水洞可以是非循环的，即利用有一定水位高度的水库或水箱，放水流入管道的试验段做试验。这类水洞称为自由落体式，缺点是水速变动幅度受到限制；优点是水洞的背景噪声很小，湍流度低，适于做噪声试验和流态显示试验。
水洞还可做成带有自由液面的，其试验段的截面为矩形。这种水洞可以做物体位于自由面附近的模拟试验。有的国家把这种水洞做得相当大，可用来做船体和螺旋桨组合体的试验。目前世界上最大的水洞在联邦德国柏林水工和造船研究所。它有自由液面；试验段截面5米×3米,长10米;洞中心高10.5米；最大水速12米／秒。
制造高速水流（例如进行空蚀和空化机理研究时水速要大于40米／秒）需要很大的功率，所以高速水洞的试验段截面都很小，直径为30～40毫米。这种循环水洞有人称为文丘里环。
试验水泵、水轮机等水力机械用的水洞，其试验段大多为直立式，以适于装设翼轮模型。这类水洞，通常称为空化试验台。
有的物体处于其他物体的尾流中，例如螺旋桨处于船后的尾流中，可以在收缩段前部装设专用的网格，模拟尾流。近年来还在试验段中安置船尾模型，产生尾流。
进行螺旋桨试验，要在试验段的上游或下游装一根与洞体外部电动机相联的轴，在试验段内的轴端上安装螺旋桨模型。可以在洞体外部的轴上安装力矩仪、推力仪和转速仪，也可以在试验段内安装压力传感器、天平以及空化的声学观测仪器，测量定常压力、脉动压力、各种力和力矩并确定空化起始条件和各种发展形态等。
1.3 自动控制结构的探讨
当前自动控制在社会生产和实际运用当中是十分流行的。现行的自动控制方法是随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用而产生的。现代控制理论主要研究具有高性能，高精度的多变量变参数的最优控制问题，主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前，自动控制理论还在继续发展，正向以控制论，信息论，仿生学为基础的智能控制理论深入。
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