CN106289724A - 一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法 - Google Patents

一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法 Download PDF

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汪小翔
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黄淼
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

Abstract

本发明提出一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法，首先安装试验装置并完成电气信号连接与测试，试验装置包括水面飞行器模型、水动力高速试验拖车、横倾力矩测量装置和传感器系统。其次水动力高速试验拖车在轨道上运动并带动模型在水面上运动，当拖车加速达到试验要求的运行速度并稳定后，启动数据采集器采集传感器试验数据，拖车稳定运行一段时间后停止采集，拖车刹车减速直至停车；试验过程结束后，分析采集的试验数据有效性，记录有效的试验参数，包括模型重心位置，横倾角度，重量，速度，重心位置升沉值、倾角值、艏部及舯部和艉部的加速度幅值、六分力天平所测力和力矩；根据试验参数与设计值或正常值对比，分析水动性能。

Description

一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法
技术领域
本发明涉及水动力试验技术领域，具体为一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法。
背景技术
水面飞行器是一种可以在水面起降的特种飞行器，不管是在民用领域还是军事任务中都扮演着重要的角色，如物资运输、巡逻侦查、海上搜救、森林灭火等，随着国防建设和国民经济的大力发展，对其性能也提出了越来越高的要求。飞行器水面运动时的水动力性能在很大程度上影响着其整机性能的优劣，主要表现：一是在飞行器在水面运动时，会产生较大的纵摇和升沉运动，并且同时会产生较大垂向加速度，这会严重影响机组人员对飞行器的操控；二是如果水面运动阻力过大，飞行器没有剩余拉力可能导致飞行器无法起飞；三是飞行器遇侧风等外力矩离开平衡位置发生倾斜时如果横倾恢复力矩不够可能致其倾覆。
评判水面飞行器水动性能的好坏一般通过缩比模型的水池拖曳试验进行模拟，在试验中一般都限制了横摇方向的自由度，而实机在遇侧风横浪的真实海况下及自身螺旋桨力矩的作用下会产生横摇运动，如果恢复力矩过低会影响飞机的稳定性甚至发生倾覆，并且横倾状态下的水动性能与无横倾状态存在一定差异。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，提出了一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法，用于模拟实机横倾状态下水动力性能。
本发明的技术方案为：
所述一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：安装试验装置并完成电气信号连接与测试；
所述试验装置包括水面飞行器模型(1)、水动力高速试验拖车(2)、横倾力矩测量装置和传感器系统；
横倾力矩测量装置安装在水动力高速试验拖车(2)下方；水面飞行器模型(1)安装在横倾力矩测量装置上，且横倾力矩测量装置的横倾方向转动支座固定在水面飞行器模型(1)的重心铅垂线处；所述横倾力矩测量装置能够实现模型在俯仰方向和垂向方向的自由运动，并能够调整模型试验所需横倾角；
水面飞行器模型(1)前端安装有导航杆，水动力高速试验拖车(2)上安装有导航片，导航杆与导航片配合避免试验过程中模型偏航运动；
传感器系统包括横倾力矩测量装置上的六分力天平(10)、固定在水动力高速试验拖车(2)上的线位移计(16)、固定在模型内部的陀螺仪(17)和固定在模型艏部、舯部和艉部的加速度传感器；线位移计(16)通过无弹性的绳索(19)与模型重心位置连接；
步骤2：水动力高速试验拖车(2)在轨道上运动并带动模型在水面上运动，当拖车加速达到试验要求的运行速度并稳定后，采集传感器试验数据，拖车稳定运行一段时间后停止采集，拖车刹车减速直至停车；
步骤3：试验过程结束后，分析采集的试验数据有效性，剔除无效数据，然后记录有效的试验参数，包括模型重心位置，横倾角度，模型重量，模型速度，模型重心位置升沉值、模型倾角值、模型艏部及舯部和艉部的加速度幅值、六分力天平所测力和力矩；根据试验参数分析水动性能。
进一步的优选方案，所述一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法，其特征在于：步骤2中拖车稳定时间不小于波浪条件下的10个遭遇周期。
有益效果
本发明能够保证模型在具有俯仰方向及垂向自由度的同时保持所需横倾角。通过试验比较，本发明能够更真实模拟实机的水动力性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：本发明的试验装置结构示意图；
图2：图1的放大图；
其中：1、水面飞行器模型；2、水动力高速试验拖车；10、六分力天平；16、线位移计；17、陀螺仪；18、加速度传感器；19、绳索。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的目的是提出一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法，用于模拟实机横倾状态下水动力性能。具体步骤为：
步骤1：安装试验装置并完成电气信号连接与测试。
如图1所示，所述试验装置包括水面飞行器模型1、水动力高速试验拖车2、横倾力矩测量装置和传感器系统。其中横倾力矩测量装置已由在先申请专利公开，在先申请专利公开号为：CN104596734A。
横倾力矩测量装置安装在水动力高速试验拖车2下方；水面飞行器模型1安装在横倾力矩测量装置上，且横倾力矩测量装置的横倾方向转动支座固定在水面飞行器模型1的重心铅垂线处；所述横倾力矩测量装置能够实现模型在俯仰方向和垂向方向的自由运动，并能够调整模型试验所需横倾角，实现水面飞行器模型在横倾状态下在一定范围内沿垂向方向自由运动，俯仰方向自由度也不受限制。具体对比在先申请专利的技术方案，横倾力矩测量装置中的俯仰方向转动支座保证模型在俯仰方向自由运动，卸载单元及滑动单元通过支撑单元固定轴能保证飞行器垂向方向自由度，而横倾角度则是通过横倾方向转动支座上横倾角度调整片调整模型试验所需横倾角。
另外，如图1所示，水面飞行器模型1前端安装有导航杆，水动力高速试验拖车2上安装有导航片，导航杆与导航片配合避免试验过程中模型偏航运动。
传感器系统包括横倾力矩测量装置上的六分力天平10、固定在水动力高速试验拖车2上的线位移计16、固定在模型内部的陀螺仪17和固定在模型艏部、舯部和艉部的加速度传感器；线位移计16通过无弹性的绳索19与模型重心位置连接。
六分力天平10测量三个方向力及绕重心轴的力矩，线位移计16测量模型重心位置的升沉值，陀螺仪17测量模型倾角值，固定在模型艏部、舯部和艉部的加速度传感器测量模型艏部、舯部和艉部的加速度幅值。
步骤2：水动力高速试验拖车2在轨道上运动并带动模型在水面上运动，水面飞行器的速度由水动力高速试验拖车2控制，当拖车加速达到试验要求的运行速度并稳定后，启动数据采集器采集传感器试验数据，拖车稳定运行一段时间后停止采集，要求拖车稳定时间不小于波浪条件下的10个遭遇周期，而后拖车刹车减速直至停车。
步骤3：试验过程结束后，分析采集的试验数据有效性，剔除无效数据，然后记录有效的试验参数，包括模型重心位置，横倾角度，模型重量，模型速度，模型重心位置升沉值、模型倾角值、模型艏部及舯部和艉部的加速度幅值、六分力天平所测力和力矩；根据试验参数与设计值或正常值对比，分析水动性能。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：安装试验装置并完成电气信号连接与测试；
所述试验装置包括水面飞行器模型(1)、水动力高速试验拖车(2)、横倾力矩测量装置和传感器系统；
横倾力矩测量装置安装在水动力高速试验拖车(2)下方；水面飞行器模型(1)安装在横倾力矩测量装置上，且横倾力矩测量装置的横倾方向转动支座固定在水面飞行器模型(1)的重心铅垂线处；所述横倾力矩测量装置能够实现模型在俯仰方向和垂向方向的自由运动，并能够调整模型试验所需横倾角；
水面飞行器模型(1)前端安装有导航杆，水动力高速试验拖车(2)上安装有导航片，导航杆与导航片配合避免试验过程中模型偏航运动；
传感器系统包括横倾力矩测量装置上的六分力天平(10)、固定在水动力高速试验拖车(2)上的线位移计(16)、固定在模型内部的陀螺仪(17)和固定在模型艏部、舯部和艉部的加速度传感器；线位移计(16)通过无弹性的绳索(19)与模型重心位置连接；
步骤2：水动力高速试验拖车(2)在轨道上运动并带动模型在水面上运动，当拖车加速达到试验要求的运行速度并稳定后，采集传感器试验数据，拖车稳定运行一段时间后停止采集，拖车刹车减速直至停车；
步骤3：试验过程结束后，分析采集的试验数据有效性，剔除无效数据，然后记录有效的试验参数，包括模型重心位置，横倾角度，模型重量，模型速度，模型重心位置升沉值、模型倾角值、模型艏部及舯部和艉部的加速度幅值、六分力天平所测力和力矩；根据试验参数分析水动性能。
2.根据权利要求1所述一种横倾状态下的水面飞行器水动性能试验方法，其特征在于：步骤2中拖车稳定时间不小于波浪条件下的10个遭遇周期。
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