CN107664569A - 一种水面飞行器单船身模型水池拖曳试验方法 - Google Patents

一种水面飞行器单船身模型水池拖曳试验方法 Download PDF

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刘涛
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Abstract

一种水面飞行器单船身模型水池拖曳试验方法，试验步骤如下：a）单船身模型安装：b）数据采集设备安装：c）单船身模型水池试验：d）试验数据处理：本发明优点是：该方法实用、可行、操作简单、试验结果可靠。

Description

一种水面飞行器单船身模型水池拖曳试验方法
技术领域
本发明具体涉及一种水面飞行器单船身模型水池拖曳试验方法。
背景技术
水面飞行器既可在水面安全起降，又可在空中高速飞行，相对于陆基飞机和水面舰船而言水面飞行器具有独特的优势，在国防建设和国民经济发展中具有重要作用。水面飞行器既可用于兵员物资运输、海上巡逻侦查预警、攻击水面舰艇和反潜等军事任务，也可用于海上搜救、环境监测、森林灭火等民用领域。随着我国国防建设和经济发展，对高性能水面飞行器的需求日益迫切。
单船身模型水池试验是研究水面飞行器水动力性能的一种简单、成本较低的方法，得到的试验数据能直观的反应出水面飞行器的水阻力、滑行稳定性，作为判断飞机性能是否满足总体设计指标的依据，并根据试验结果对船体外形参数修改提供参考。
常规的单船身模型采用拖线式的试验方法，当模型在垂向有上下运动时引起拖曳角度改变，因此拖线对试验模型施加一个向上或者向下的力，从而对模型的真实运动状态带来干扰，无法准确的反应出试验模型在水动力作用下的运动特性。
本发明提出的试验方法利用重心连接杆与模型连接，由于重心连接杆始终保持垂直且在垂向能自由运动，其下端与试验模型铰接，因此能始终保证拖曳力在水平方向，不会对模型施加向上或者向下的力，从而避免了对试验模型的干扰。
发明内容
本发明针对常规拖线式试验方法的不足，提出一种水面飞行器单船身模型水池拖曳试验方法。
本发明试验步骤如下：
a）单船身模型安装：
将单船身模型安装在拖车下方的测桥上，重心连接杆下端与安装在单船身模型重心位置处的铰接底座铰接，上端与升沉杆连接，升沉杆穿过滑车，并能在滑车上做垂直方向自由运动，滑车安装在测桥上，并能沿测桥前后滑动，阻力仪安装在测桥上，并通过细软钢索与滑车连接，滑车前限位器和滑车后限位器分别安装在测桥上，并位于滑车的两端，滑车的运动范围由固定在适航杆上的滑车前限位器、滑车后限位器和细软钢索限制，导航杆滑动安装在测桥上，单船身模型前端的导航片与导航杆相配合以防止在实验过程中模型产生偏航，该试验装置能够保证单船身模型在一定范围内沿纵向和横向自由运动，并且能保证单船身模型在纵向方向以铰接底座为中心自由转动，且不发生偏航运动；
b）数据采集设备安装：
与单船身模型水动力性能试验相关的设备有阻力仪、位移计和倾角仪，阻力仪安装在测桥上，并通过细软钢索与滑车连接，用来采集单船身模型在水中的阻力，位移计安装在拖车顶部，并通过钢索与升沉杆连接，用来采集单船身模型升和沉的距离，倾角仪安装在单船身模型上，用来采集单船身模型的纵向倾斜角度；
c）单船身模型水池试验：
试验开始前，先按照飞机的离水速度和试验模型的缩尺比（即试验模型与实机的缩尺比例）计算试验模型的离水速度，然后在0～之间选取不少于个试验速度，且在25%～40%范围内选取的试验速度点要稍密，并按如下公式计算试验速度V时的气动升力卸载的重量，其中为气动升力卸载重量，单位为kg，为模型重量，单位为kg，为飞机的重量，单位为kg，为试验速度，单位为m/s，为试验模型的离水速度，单位为m/s，试验时拖车在轨道上运动带动单船身模型在水面上运动，单船身模型的速度由水动力试验高速拖车控制，首先开展不施加低头力矩模拟的试验，启动拖车前先施加该试验速度下的气动升力卸载的重量，然后启动拖车并加速至试验速度，当拖车运动速度稳定后启动数据采集器采集试验数据，要求拖车稳定运动时间要达到5秒以上，采集完成后停止采集，拖车刹车减速、停车，然后返回船坞准备下一趟试验，然后开展施加低头力矩模拟的试验，试验步骤不同之处在于开车前除了施加气动升力卸载外还需施加低头力矩模拟，其他试验步骤相同；
d）试验数据处理：
试验结束后，试验人员应在阻力仪、倾角仪和位移计采集到的原始数据中选取稳定的数据段读取平均值，并记录在试验数据记录表中，一同记录的数据还包括模型重量、重心位置、初始纵倾角、试验速度，并根据模型运动状态判断运动是否稳定，对同一个试验状态，试验人员应以试验速度为横坐标，分别以水阻力、升沉和纵倾角为纵坐标绘制试验模型的水动力性能曲线。
本发明优点是：该方法实用、可行、操作简单、试验结果可靠。
附图说明
图1是本发明示意图。
图2是本发明侧视图结构示意图。
具体实施方式
试验原理如下：
在水面飞行器水动力性能单船身模型水池试验过程中，主要通过拖车14对试验速度进行控制，利用升沉杆4和滑车3保证单船身模型1能沿纵向和横向自由运动，在重心处用铰接底座10铰接的方式使模型在俯仰方向能自由转动，并采用导航杆6避免试验过程中模型发生偏航运动。
如图1、2所示，本发明试验步骤如下：
a）单船身模型安装：
将单船身模型1安装在拖车14下方的测桥7上，重心连接杆2下端与安装在单船身模型1重心位置处的铰接底座10铰接，上端与升沉杆4连接，升沉杆4穿过滑车3，并能在滑车3上做垂直方向自由运动，滑车3安装在测桥7上，并能沿测桥7前后滑动，阻力仪8安装在测桥7上，并通过细软钢索9与滑车3连接，滑车前限位器15和滑车后限位器16分别安装在测桥7上，并位于滑车3的两端，滑车3的运动范围由固定在适航杆7上的滑车前限位器15、滑车后限位器16和细软钢索9限制，导航杆6滑动安装在测桥7上，单船身模型1前端的导航片5与导航杆6相配合以防止在实验过程中模型产生偏航，该试验装置能够保证单船身模型1在一定范围内沿纵向和横向自由运动，并且能保证单船身模型1在纵向方向以铰接底座10为中心自由转动，且不发生偏航运动；
b）数据采集设备安装：
与单船身模型水动力性能试验相关的设备有阻力仪8、位移计11和倾角仪13，阻力仪8安装在测桥7上，并通过细软钢索9与滑车3连接，用来采集单船身模型1在水中的阻力，位移计11安装在拖车14顶部，并通过钢索12与升沉杆4连接，用来采集单船身模型1升和沉的距离，倾角仪13安装在单船身模型1上，用来采集单船身模型1的纵向倾斜角度；
c）单船身模型水池试验：
试验开始前，先按照飞机的离水速度和试验模型的缩尺比（即试验模型与实机的缩尺比例）计算试验模型的离水速度，然后在0～之间选取不少于8个试验速度，且在25%～40%范围内选取的试验速度点要稍密，并按如下公式计算试验速度V时的气动升力卸载17的重量，其中为气动升力卸载重量，单位为kg，为模型重量，单位为kg，为飞机的重量，单位为kg，为试验速度，单位为m/s，为试验模型的离水速度，单位为m/s，试验时拖车14在轨道上运动带动单船身模型1在水面上运动，单船身模型1的速度由水动力试验高速拖车14控制，首先开展不施加低头力矩模拟18的试验，启动拖车14前先施加该试验速度下的气动升力卸载17的重量，然后启动拖车14并加速至试验速度，当拖车14运动速度稳定后启动数据采集器采集试验数据，要求拖车14稳定运动时间要达到5秒以上，采集完成后停止采集，拖车14刹车减速、停车，然后返回船坞准备下一趟试验，然后开展施加低头力矩模拟18的试验，试验步骤不同之处在于开车前除了施加气动升力卸载17外还需施加低头力矩模拟18，其他试验步骤相同；
d）试验数据处理：
试验结束后，试验人员应在阻力仪8、倾角仪13和位移计11采集到的原始数据中选取稳定的数据段读取平均值，并记录在试验数据记录表中，一同记录的数据还包括模型重量、重心位置、初始纵倾角、试验速度，并根据模型运动状态判断运动是否稳定，对同一个试验状态，试验人员应以试验速度为横坐标，分别以水阻力、升沉和纵倾角为纵坐标绘制试验模型的水动力性能曲线。
试验结果评定：
试验结束后，数据分析处理人员根据绘制的水阻力随试验速度曲线、纵倾角随速度曲线、升沉随试验速度曲线分析试验模型水阻力峰值的大小、阻力峰位置、稳定性进行判断。

Claims (1)

1.一种水面飞行器单船身模型水池拖曳试验方法，其特征在于试验步骤如下：
a）单船身模型安装：
将单船身模型(1)安装在拖车(14)下方的测桥(7)上，重心连接杆(2)下端与安装在单船身模型(1)重心位置处的铰接底座(10)铰接，上端与升沉杆(4)连接，升沉杆(4)穿过滑车(3)，并能在滑车(3)上做垂直方向自由运动，滑车(3)安装在测桥(7)上，并能沿测桥(7)前后滑动，阻力仪(8)安装在测桥(7)上，并通过细软钢索(9)与滑车(3)连接，滑车前限位器(15)和滑车后限位器(16)分别安装在测桥(7)上，并位于滑车(3)的两端，滑车(3)的运动范围由固定在适航杆(7)上的滑车前限位器(15)、滑车后限位器(16)和细软钢索(9)限制，导航杆(6)滑动安装在测桥(7)上，单船身模型(1)前端的导航片(5)与导航杆(6)相配合以防止在实验过程中模型产生偏航，该试验装置能够保证单船身模型(1)在一定范围内沿纵向和横向自由运动，并且能保证单船身模型(1)在纵向方向以铰接底座(10)为中心自由转动，且不发生偏航运动；
b）数据采集设备安装：
与单船身模型水动力性能试验相关的设备有阻力仪(8)、位移计(11)和倾角仪(13)，阻力仪(8)安装在测桥(7)上，并通过细软钢索(9)与滑车(3)连接，用来采集单船身模型(1)在水中的阻力，位移计(11)安装在拖车(14)顶部，并通过钢索(12)与升沉杆(4)连接，用来采集单船身模型(1)升和沉的距离，倾角仪(13)安装在单船身模型(1)上，用来采集单船身模型(1)的纵向倾斜角度；
c）单船身模型水池试验：
试验开始前，先按照飞机的离水速度和试验模型的缩尺比计算试验模型的离水速度，然后在0～之间选取不少于(8)个试验速度，且在25%～40%范围内选取的试验速度点要稍密，并按如下公式计算试验速度V时的气动升力卸载(17)的重量，其中为气动升力卸载重量，单位为kg，为模型重量，单位为kg，为飞机的重量，单位为kg，为试验速度，单位为m/s，为试验模型的离水速度，单位为m/s，试验时拖车(14)在轨道上运动带动单船身模型(1)在水面上运动，单船身模型(1)的速度由水动力试验高速拖车(14)控制，首先开展不施加低头力矩模拟(18)的试验，启动拖车(14)前先施加该试验速度下的气动升力卸载(17)的重量，然后启动拖车(14)并加速至试验速度，当拖车(14)运动速度稳定后启动数据采集器采集试验数据，要求拖车(14)稳定运动时间要达到(5)秒以上，采集完成后停止采集，拖车(14)刹车减速、停车，然后返回船坞准备下一趟试验，然后开展施加低头力矩模拟(18)的试验，试验步骤不同之处在于开车前除了施加气动升力卸载(17)外还需施加低头力矩模拟(18)，其他试验步骤相同；
d）试验数据处理：
试验结束后，试验人员应在阻力仪(8)、倾角仪(13)和位移计(11)采集到的原始数据中选取稳定的数据段读取平均值，并记录在试验数据记录表中，一同记录的数据还包括模型重量、重心位置、初始纵倾角、试验速度，并根据模型运动状态判断运动是否稳定，对同一个试验状态，试验人员应以试验速度为横坐标，分别以水阻力、升沉和纵倾角为纵坐标绘制试验模型的水动力性能曲线。
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