CN105258918B - 水下多翼联动力学测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下多翼联动力学测试装置，用于解决现有单翼推进特性试验装置实用性差的技术问题。技术方案是包括翼板、转动轴、横向支架、固定架、固定块、平行连杆、竖直支架、滑槽、测力传感器、水平滑块、电机套筒和电机。所述横向支架通过固定架及竖直支架与固定块固定，固定块通过螺栓紧固于电机套筒上，电机套筒与水平滑块固定，水平滑块能够在滑槽中无摩擦滑动，测力传感器固定在水平滑块上。所述平行连杆位于横向支架之上，将翼板在竖直方向上定位，同时平行连杆位于横向支架无竖直支架的一侧，所述电机置于电机套筒之内，通过电机驱动平行连杆摆动。本发明实现了多翼同频率同相位摆动所产生的推力测量，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种力学测试装置，特别是涉及一种水下多翼联动力学测试装置。
背景技术
伴随着人们对水下仿生推进技术的研究，海龟、企鹅等水生动物的扑翼推进技术引起了人们的兴趣，近年来水下扑翼推进特性研究已经取得了很多理论跟实验成果，并且也有越来越多的水下航行器开始采用扑翼推进技术。但是目前已有的水下扑翼推进特性研究大多为单翼推进特性研究，而多翼相对于单翼应用在水下航行器能够产生更大的推力，机动性更强，实用价值更大，目前国内外尚缺乏多翼摆动推进特性实验研究。
参照图1。文献“Effect of angle of attack profiles in flapping foilpropulsion.Journal of Fluids and Structures,19(2004):38”公开了一种单翼推进特性试验装置。该装置由翼板1、测力传感器2、扭矩传感器3、伺服电机4、电位计5以及传动链6构成，该装置通过伺服电机4控制传动链6带动翼板1按既定规律实现摆动，通过测力传感器2测量翼板1摆动所产生的推力以及升力，通过扭矩传感器3测量扑翼摆动所产生的力矩。该实验装置能够测量单翼摆动所产生的力并计算出推进效率，但是它并不能研究多翼摆动的推进特性。
发明内容
为了克服现有单翼推进特性试验装置实用性差的不足，本发明提供一种水下多翼联动力学测试装置。该装置包括翼板、转动轴、横向支架、固定架、固定块、平行连杆、竖直支架、滑槽、测力传感器、水平滑块、电机套筒和电机。所述横向支架通过固定架及竖直支架与固定块固定，固定块通过螺栓紧固于电机套筒上，电机套筒与水平滑块固定，水平滑块能够在滑槽中无摩擦滑动，测力传感器固定在水平滑块上。所述平行连杆位于横向支架之上，将翼板在竖直方向上定位，同时平行连杆位于横向支架无竖直支架的一侧，所述电机置于电机套筒之内，通过电机驱动平行连杆摆动。本发明不仅能够实现多翼同频率同相位摆动所产生的推力测量，而且能够测量水下多翼摆动的推进特性及变参数对推进特性的影响，实用性强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水下多翼联动力学测试装置，其特点是包括翼板1、转动轴2、横向支架3、固定架4、固定块5、平行连杆6、竖直支架7、滑槽9、测力传感器10、水平滑块11、电机套筒12和电机13。所述横向支架3通过固定架4及竖直支架7与固定块5固定，固定块5通过螺栓紧固于电机套筒12上，电机套筒12与水平滑块11固定，水平滑块11能够在滑槽9中无摩擦滑动，测力传感器10固定在水平滑块11上。所述平行连杆6为平行四边形双摇杆机构，平行连杆6位于横向支架3之上，将翼板1在竖直方向上定位，同时平行连杆6位于横向支架3无竖直支架7的一侧，最大摆动范围120度，翼板1最大摆动范围60度。所述转动轴2为叉状，嵌入翼板1上并用螺丝固定，转动轴2穿过横行支架3与平行连杆6固定，平行连杆6能够在横向支架3上摆动，转动轴2沿横向支架3等距分布。所述电机13置于电机套筒12之内，通过电机13驱动平行连杆6摆动。所述横向支架3、固定架4及竖直支架7与固定块5固定，固定块5通过螺栓紧固于电机套筒12上面，电机套筒12与水平滑块11固定，水平滑块11在滑槽9上无摩擦运动。所述翼板1有六个，各个翼板1均与转动轴2相连，由电机13提供动力，六个翼板1能够同频率同相位摆动。
所述滑槽9为倒梯形。
所述翼板1选用NACA0012翼型。
本发明的有益效果是：该装置包括翼板、转动轴、横向支架、固定架、固定块、平行连杆、竖直支架、滑槽、测力传感器、水平滑块、电机套筒和电机。所述横向支架通过固定架及竖直支架与固定块固定，固定块通过螺栓紧固于电机套筒上，电机套筒与水平滑块固定，水平滑块能够在滑槽中无摩擦滑动，测力传感器固定在水平滑块上。所述平行连杆位于横向支架之上，将翼板在竖直方向上定位，同时平行连杆位于横向支架无竖直支架的一侧，所述电机置于电机套筒之内，通过电机驱动平行连杆摆动。本发明不仅能够实现多翼同频率同相位摆动所产生的推力测量，而且能够测量水下多翼摆动的推进特性及变参数对推进特性的影响，实用性强。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是背景技术单翼推进特性试验装置的结构示意图。
图中，1-翼板，2-测力传感器，3-扭矩传感器，4-伺服电机，5-电位计，6-传动链。
图2是本发明水下多翼联动力学测试装置的结构示意图。
图3是图2中电机、电机套筒、水平滑块、滑槽、安装架及测力传感器的结构示意图。
图4是图2中翼板旋转角度为60度时翼板与平行连杆机构的位置关系示意图。
图5是图2中翼板初始相位时翼板与平行连杆机构的位置关系示意图。
图6是图2中翼板旋转角度为-60度时翼板与平行连杆机构的位置关系示意图。
图7是本发明装置安装于水槽进行水下多翼摆动推进特性实验的示意图。
图中，1-翼板，2-转动轴，3-横向支架，4-固定架，5-固定块，6-平行连杆，7-竖直支架，8-安装架，9-滑槽，10-测力传感器，11-水平滑块，12-电机套筒，13-电机。
具体实施方式
以下实施例参照图2-7。
本发明水下多翼联动力学测试装置包括翼板1、横向支架3、固定架4、固定块5、平行连杆6、竖直支架7、滑槽9、测力传感器10、水平滑块11、电机套筒12和电机13。
所述翼板1有六个，由电机13提供动力，六个翼板1能够同频率同相位摆动，用于测量水下多翼摆动产生的推力。
所述各个翼板1均与转动轴2相连，通过电机13及平行连杆6实现水下多翼的可控驱动，结构简单。
所述横向支架3通过固定架4及竖直支架7与固定块5固定，固定块5通过螺栓紧固于电机套筒12上，电机套筒12与水平滑块11固定，水平滑块11能够在滑槽9中无摩擦滑动，测力传感器10固定在水平滑块11上，用于测量水下多翼摆动所产生的推力。
所述平行连杆6为平行四边形双摇杆机构，平行连杆6位于横向支架3之上，将翼板1在竖直方向上定位，同时平行连杆6位于横向支架3无竖直支架7的一侧，最大摆动范围120度，因此翼板1最大摆动范围60度。
所述各翼板1均选用NACA0012翼型，其拥有较小的阻力特性，翼板1采用线切割技术开槽，转动轴2为叉状嵌入翼板1上并用螺丝固定，这样可有效减小转动轴2对翼板1水动力特性的影响，转动轴2穿过横行支架3与平行连杆6固定，而平行连杆6在横向支架3上摆动，转动轴2沿横向支架3等距分布。
所述电机13置于电机套筒12之内，通过电机13来驱动平行连杆6摆动。
所述横向支架3、固定架4及竖直支架7与固定块5固定，固定块5通过螺栓紧固于电机套筒12上面，电机套筒12与水平滑块11固定，水平滑块11在滑槽9上无摩擦运动，滑槽9为倒梯形，这样可以解耦竖直方跟侧向力，只剩前后方向(水平滑块11运动趋势)的力。
为了防止多翼摆动过程中产生的扭矩过大，特安装两个竖直支架7，有效地增加了实验设备的稳定性。
下面结合附图说明本发明的安装及使用过程。
本发明的安装过程：首先将固定块5、固定架4、横向支架3及竖直支架7固定于电机套筒12上；然后将翼板1安装在转动轴2上，并且穿过横向支架3；将平行连杆6与转动轴2固定；最后将装置与水平滑块11固定，并与测力传感器10相连。安装架8用于将水下多翼联动力学测试装置安装于水槽进行水下多翼摆动推进特性实验。
本发明的使用过程：在电机13的驱动下，平行连杆6根据电机13轴的摆动频率及摆动幅值进行摆动，驱动多翼进行同相位同频率摆动。水下多翼在摆动过程中会产生前向力及侧向力，而这两种力通过电机套筒12传递到水平滑块11，而经过滑槽9解耦则只保留水平滑块11运动(趋势)方向的力，即为所测的推力。在实验前进行翼板1调零，参考图5；在一个摆动周期内，翼板1先摆到最大角度，参考图4；然后回到零位，再摆到负的最大角度，参考图6；最后再摆到零位。在这过程中测力传感器10会记录水下多翼摆动产生的交替变化的力，最后进行数据处理即可实现多翼摆动推力测量。
由此，本发明实现了水下多翼摆动力学测试，同时多翼的摆动频率及摆动幅值可以控制，可以用作研究水下仿生多翼摆动推进特性及变参数(摆动频率跟幅值)对推进特性影响的实验设备。
Claims (3)
1.一种水下多翼联动力学测试装置，其特征在于：包括翼板(1)、转动轴(2)、横向支架(3)、固定架(4)、固定块(5)、平行连杆(6)、竖直支架(7)、滑槽(9)、测力传感器(10)、水平滑块(11)、电机套筒(12)和电机(13)；所述横向支架(3)通过固定架(4)及竖直支架(7)与固定块(5)固定，固定块(5)通过螺栓紧固于电机套筒(12)上，电机套筒(12)与水平滑块(11)固定，水平滑块(11)能够在滑槽(9)中无摩擦滑动，测力传感器(10)固定在水平滑块(11)上；所述平行连杆(6)为平行四边形双摇杆机构，平行连杆(6)位于横向支架(3)之上，将翼板(1)在竖直方向上定位，同时平行连杆(6)位于横向支架(3)无竖直支架(7)的一侧，最大摆动范围120度，翼板(1)最大摆动范围60度；所述转动轴(2)为叉状，嵌入翼板(1)上并用螺丝固定，转动轴(2)穿过横向支架(3)与平行连杆(6)固定，平行连杆(6)能够在横向支架(3)上摆动，转动轴(2)沿横向支架(3)等距分布；所述电机(13)置于电机套筒(12)之内，通过电机(13)驱动平行连杆(6)摆动；所述横向支架(3)、固定架(4)及竖直支架(7)与固定块(5)固定，固定块(5)通过螺栓紧固于电机套筒(12)上面，电机套筒(12)与水平滑块(11)固定，水平滑块(11)在滑槽(9)上无摩擦运动；所述翼板(1)有六个，各个翼板(1)均与转动轴(2)相连，由电机(13)提供动力，六个翼板(1)能够同频率同相位摆动。
2.根据权利要求1所述的水下多翼联动力学测试装置，其特征在于：所述滑槽(9)为倒梯形。
3.根据权利要求1所述的水下多翼联动力学测试装置，其特征在于：所述翼板(1)选用NACA0012翼型。
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