CN105280061A - 水下多翼联动实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下多翼联动实验装置，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、电机套筒、固定块、竖直支架、固定架、横向支架、平行连杆机构、电机和螺栓。所述横向支架通过竖直支架及固定架固定于固定块上，固定块紧固于电机套筒，所述转动轴等距分布在横向支架上并能够在横向支架上的孔中转动。转动轴的上端分别与平行连杆机构固定，其下端分别与翼板的一端固定。所述平行连杆机构的一条长边作为横向支架，短边为摆动杆，所有摆动杆通过螺栓分别与平行连杆机构的另一条长边相连。通过电机的轴驱动平行连杆机构，进而通过转动轴带动翼板同相位同频率摆动，实用性强。

Description

水下多翼联动实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验装置，特别是涉及一种水下多翼联动实验装置。
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“Effectofangleofattackprofilesinflappingfoilpropulsion.JournalofFluidsandStructures,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实验装置。该装置包括翼板、转动轴、电机套筒、固定块、竖直支架、固定架、横向支架、平行连杆机构、电机和螺栓。所述横向支架通过竖直支架及固定架固定于固定块上，固定块通过螺栓紧固于电机套筒，所述转动轴等距分布在横向支架上并能够在横向支架上的孔中转动。转动轴穿过横向支架后其上端分别与平行连杆机构固定，其下端分别与翼板的一端固定，翼板的另一端是自由端。所述平行连杆机构为平行四边形双摇杆机构，其一条长边作为横向支架，短边为摆动杆，所有摆动杆通过螺栓分别与平行四边形的另一条长边相连。所述电机固定于电机套筒之内，电机的轴与平行连杆机构短边固定，通过电机的轴驱动平行连杆机构，进而通过转动轴带动翼板同相位同频率摆动。本发明不仅可以实现多翼同频率同相位摆动，多翼摆动频率和摆动幅度皆可以通过调节电机转动频率跟幅值调节，可以有效测量水下多翼摆动的推进特性，实用性强。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水下多翼联动实验装置，其特点是包括翼板1、转动轴2、电机套筒3、固定块4、竖直支架5、固定架6、横向支架7、平行连杆机构8、电机9和螺栓10。所述横向支架7通过竖直支架5及固定架6固定于固定块4上，固定块4通过螺栓紧固于电机套筒3，所述转动轴2有六个，等距分布在横向支架7上并能够在横向支架7上的孔中转动。转动轴2穿过横向支架7后其上端分别与平行连杆机构8固定，其下端分别与翼板1的一端固定，翼板1的另一端是自由端。所述平行连杆机构8为平行四边形双摇杆机构，平行四边形的一条长边作为横向支架7，短边为摆动杆，所有摆动杆通过螺栓10分别与平行四边形的另一条长边相连。所述电机9固定于电机套筒3之内，电机9的轴与平行连杆机构8短边固定，通过电机9的轴驱动平行连杆机构8，进而通过转动轴2带动翼板1同相位同频率摆动。
所述电机9的轴是D型轴。
所述摆动杆最大摆动角度为120度。
所述转动轴2的下端呈叉状，嵌入翼板1后用螺丝固定。
本发明的有益效果是：该装置包括翼板、转动轴、电机套筒、固定块、竖直支架、固定架、横向支架、平行连杆机构、电机和螺栓。所述横向支架通过竖直支架及固定架固定于固定块上，固定块通过螺栓紧固于电机套筒，所述转动轴等距分布在横向支架上并能够在横向支架上的孔中转动。转动轴穿过横向支架后其上端分别与平行连杆机构固定，其下端分别与翼板的一端固定，翼板的另一端是自由端。所述平行连杆机构为平行四边形双摇杆机构，其一条长边作为横向支架，短边为摆动杆，所有摆动杆通过螺栓分别与平行四边形的另一条长边相连。所述电机固定于电机套筒之内，电机的轴与平行连杆机构短边固定，通过电机的轴驱动平行连杆机构，进而通过转动轴带动翼板同相位同频率摆动。本发明不仅实现了多翼同频率同相位摆动，多翼摆动频率和摆动幅度皆能够通过调节电机转动频率跟幅值调节，能够有效测量水下多翼摆动的推进特性，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实验装置的结构示意图。
图3是图2中电机轴、平行连杆机构及转动轴的结构示意图。
图4是本发明装置翼板旋转角度为60度时翼板与平行连杆机构的位置关系示意图。
图5是本发明装置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是本发明装置翼板旋转角度为-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-电机套筒，4-固定块，5-竖直支架，6-固定架，7-横向支架，8-平行连杆机构，9-电机，10-螺栓。
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实验装置包括翼板1、转动轴2、电机套筒3、固定块4、竖直支架5、固定架6、横向支架7、平行连杆机构8、电机9和螺栓10。
利用平行连杆机构8驱动六个翼板1实现多翼同频率同相位摆动，并且摆动频率跟摆动幅值可以控制。
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通过线切割技术开槽，转动轴2做成叉状嵌入翼板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穿过横向支架7与平行连杆机构8固定。
所述平行连杆机构8为平行四边形双摇杆机构，一条长边为横向支架7，故短边为摆动杆，最大摆动角度为120度，各杆之间通过螺栓10相连。
所述电机9固定于电机套筒3之内，电机9的轴与平行连杆机构8短边固定，通过电机9的轴驱动平行连杆机构8，进而通过转动轴2带动翼板1同相位同频率摆动。
所述横向支架7通过竖直支架5及固定架6固定，各转动轴2等距分布在横向支架7，可以有效消除翼板1摆动产生的升力引起的力矩。
所述各个翼板1均通过转动轴2相连，转动轴2在横向支架7上可以转动，并且与平行连杆机构8固定，这样即可将翼板1在竖直方向上定位，结构简单。
所述电机9的轴是D型轴，通过中间的短杆与平行连杆机构8相连，为平行连杆机构8的摆动提供动力，同时还控制翼板1的摆动频率及摆动幅值。这样可以有效抵消摆动产生的升力引起的力矩。
所述横向支架7由竖直支架5及固定架6固定于固定块4，固定块4通过螺栓紧固于电机套筒3。
下面结合附图说明本发明的安装及使用过程。
本发明装置的安装过程：首先将翼板1安装在转动轴2上；然后将两个横向支架7与竖直支架5固定；其次将平行连杆机构8通过螺栓10相连；再次将6个转动轴2分别穿过横向支架7与平行连杆机构8固定；最后将固定架6与横向支架7固定，通过固定块4固定在电机套筒3上面。
本发明装置的使用过程：在电机的驱动下，平行连杆机构8按电机轴9摆动频率及旋转幅值进行摆动，带动多翼进行同频率同相位摆动。在实验前先进行翼板1调零，参照图5；在一个摆动周期内，翼板1先摆到最大角度，参照图4；然后回到零位，再摆到负的最大角度，参照图6；最后再摆到零位。
本发明装置安装于水槽中进行实验，水位没过翼板即可。
本发明装置实现了多翼同频率同相位摆动，并且摆动频率跟摆动幅值可以控制，结构简单，安装方便，可以用作研究多翼摆动推进特性及推进效率的实验装置。

Claims (4)

1.一种水下多翼联动实验装置，其特征在于：包括翼板(1)、转动轴(2)、电机套筒(3)、固定块(4)、竖直支架(5)、固定架(6)、横向支架(7)、平行连杆机构(8)、电机(9)和螺栓(10)；所述横向支架(7)通过竖直支架(5)及固定架(6)固定于固定块(4)上，固定块(4)通过螺栓紧固于电机套筒(3)，所述转动轴(2)有六个，等距分布在横向支架(7)上并能够在横向支架(7)上的孔中转动；转动轴(2)穿过横向支架(7)后其上端分别与平行连杆机构(8)固定，其下端分别与翼板(1)的一端固定，翼板(1)的另一端是自由端；所述平行连杆机构(8)为平行四边形双摇杆机构，平行四边形的一条长边作为横向支架(7)，短边为摆动杆，所有摆动杆通过螺栓(10)分别与平行四边形的另一条长边相连；所述电机(9)固定于电机套筒(3)之内，电机(9)的轴与平行连杆机构(8)短边固定，通过电机(9)的轴驱动平行连杆机构(8)，进而通过转动轴(2)带动翼板(1)同相位同频率摆动。
2.根据权利要求1所述的水下多翼联动实验装置，其特征在于：所述电机(9)的轴是D型轴。
3.根据权利要求1所述的水下多翼联动实验装置，其特征在于：所述摆动杆最大摆动角度为120度。
4.根据权利要求1所述的水下多翼联动实验装置，其特征在于：所述转动轴(2)的下端呈叉状，嵌入翼板(1)后用螺丝固定。
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