降落傘織物透水率的實驗裝置設計

孫鵬 鄭全偉 侯德銘 張珺欽

摘?要：設計了一套測定降落傘織物透水率的實驗裝置，通過多組數實驗降低了實驗結果的誤差，根據實驗結果的數據分析，得到了該型織物與透水率相關的滲透系數和壓降系數。不僅為后期的液滴碰撞織物的計算機仿真提供數據支持，也鍛煉了實驗中分析解決問題的能力。

關鍵詞：織物;透水率;實驗裝置

降落傘由透氣的柔性織物制成。在使用過程中，降落傘是利用空氣阻力來達到減速的目的。影響柔性織物在空氣阻力下尤其風雨環境下性能的因素有很多，因此，采用數值研究方法是研究上述問題時一種行之有效的方法。但是在進行數值研究時，需要確定該織物的相關參數，比如透水率等，這些無法從相關文獻當中確定，需要通過自身實驗來測定。所以參照相關國家標準，設計了一款簡便的實驗裝置，通過測定織物所受的壓差和通過織物流量的關系，得到該織物透水率相關的參數。

1 實驗原理

在進行液滴碰撞織物的數值仿真時，需要知道該織物的滲透系數和壓降系數，這兩個參數可由一維厄貢公式（下式）得到：

其中Δp為織物兩側的液體壓差，μ為液體粘性系數，e為織物厚度，v為液體流過織物的流量，α為滲透系數，C2壓降系數。其中Δp與v呈二次函數關系，因此，可以利用實驗記錄下Δp及對應v值，通過擬合出二次曲線，來確定滲透系數和壓降系數。

2 實驗方案

在參考國家標準GB/T18742后設計制作的實驗裝置如圖1所示，內徑80mm的亞克力管豎直放置，并在管上進行長度尺寸標注，用于確定管內頁面的高度h，由式Δp=ρgh可以確定織物所受到的壓差Δp。

流量v是本次實驗中需要測量的另一個重要參數。由于實驗條件有限，無法直接測出流量。實驗中，利用秒表計時和電子秤稱重的方法間接計算出流量。當液面維持在一定高度時，秒表計時t，電子秤測出計時時段內水流過的重量Δw。流過濾布的重量Δw=ρSL，（其中S為儲水管的橫截面積，S=πr2），其中L=vt，則流量v=ΔwρSt。具體相關參數見表1。

兩個正方形亞克力板用于夾持織物。其寬度均為120mm，厚度均為8mm。亞克力板中間開孔，圓孔的直徑為90mm，正好與亞克力管外徑恰好匹配，防止亞克力板脫落。四角處各有一個內徑5mm的螺孔，以配合螺釘緊固亞克力板。

鐵架臺底座選取長400mm，寬300mm，以穩固重心;立柱高120cm以便使亞克力管及內部水的重量落在鐵架上，一方面減小亞克力管對織物的剪切作用，另一方面防止亞克力管發生傾斜。

采用兩個額定流量分別為4和8L/min的水泵是為了滿足不同液面高度時對不同流量的需求。泵出口安裝流量控制閥一個通過控制泵的出水量來調節或者維持液面高度。

確認器材組裝好，人員就位后，打開水泵的開關向儲水管中供水，通過調節流量閥，使液面高度穩定維持在標準刻度線位置后，用設備進行錄像（錄像時間在30s左右）用于記錄液面保持不變時的數據。重復實驗，得到多組實驗數據。

3 結果與討論

通過多次實驗，實驗結果記錄如表2所示，擬合生成的數值曲線見圖2。

結合擬合曲線和一維厄貢公式，得出該織物的滲透系數α為5.07E-04，壓降系數C2為2.01E+10。

3 結語

實驗得到的滲透系數和壓降系數為后期的數值仿真提供了重要依據。但是實驗過程必然存在誤差，所以在通過本次試驗后，總結了減少誤差需注意以下幾點：（1）實驗用水的雜質盡可能少，因為水中的雜質會堵塞織物空隙，影響流量數據的真實性，所以要即使更換實驗用純凈水。（2）夾持織物的裝置需要完好密封，防止此處滲漏的水進入的流量統計當中。（3）導管出水口不要正對織物，以免液體沖擊形成的壓力影響到流量。

參考文獻：

[1]毛成棟，王春會.機織濾布透水性與織物結構參數關系的分析研究[J].遼東學院學報：自然科學版，2009.06.