CN107677445A - 一种水面飞行器抗浪能力的全机无动力模型水池试验方法 - Google Patents

Abstract

一种水面飞行器抗浪能力的全机无动力模型水池试验方法，试验步骤如下：a)全机动力模型试验安装：将全机无动力模型（1）通过滑动装置安装在水动力高速试验拖车系统（12）下方的适航仪（8）上，该滑动装置保证全机动力模型（1）能在一定范围内上下以及沿适航仪（8）前后自由运动，重心支杆（7）与全机无动力模型（1）活动连接，重心支杆（7）与全机无动力模型（1）的活动连接点应取全机无动力模型（1）重心位置点，并采用铰链铰接，则全机无动力模型（1）能绕重心位置点自由俯仰转动，本发明优点是：该方法实用、可行、操作简单，试验结果可靠，适用范围广。

Description

一种水面飞行器抗浪能力的全机无动力模型水池试验方法

技术领域

本发明具体涉及一种水面飞行器抗浪能力的模型试验方法。

背景技术

水面飞行器抗浪能力大小直接影响水面飞行器在使用中安全性、舒适性与使用范围，在初步设计阶段为验证水面飞行器抗浪能力，目前主要通过水面飞行器抗浪能力的水池缩比模型试验，该模型试验可分为水面飞行器抗浪能力的全机带动力模型水池试验和水面飞行器抗浪能力的全机无动力模型水池试验。由于在全机带动力模型水池试验试验中在大波高下高速旋转的螺旋桨有可能受到喷溅的冲击而发生损坏，甚至有可能危及试验人员的安全性，因而在全机带动力模型水池试验中限制了选择更大波高的可能性，这样造成在高海况下实机抗浪能力预报结果与实机结果存在较大差异。全机无动力模型水池试验可开展更大波高的波浪试验弥补了全机带动力模型水池试验的不足，由此更准确地预报水面飞行器的实机抗浪能力，以及更好地验证水面飞行器抗浪能力设计。目前还未有一种实用的水面飞行器抗浪能力的全机无动力模型水池试验方法。

发明内容

本发明的目的就是针对上述之不足，而提供一种水面飞行器抗浪能力的模型试验方法。

本发明试验步骤如下：

a)全机动力模型试验安装：

将全机无动力模型通过滑动装置安装在水动力高速试验拖车系统下方的适航仪上，该滑动装置保证全机动力模型能在一定范围内上下以及沿适航仪前后自由运动，重心支杆与全机无动力模型活动连接，重心支杆与全机无动力模型的活动连接点应取全机无动力模型重心位置点，并采用铰链铰接，则全机无动力模型能绕重心位置点自由俯仰转动，全机无动力模型前端的导航片与水动力高速试验拖车系统底部的导航杆相配合以防止在试验过程中模型产生偏航，牵引装置和拽拉装置固定在适航仪上，试验中通过牵引装置水动力高速试验拖车系统牵引全机无动力模型往前运动，为防止全机无动力模型在波浪中运动往前窜动，则在小滑车后方安装拽拉装置，牵引装置和拽拉装置均由弹簧与钢索组成，并在安装中保证弹簧具有一定的初始拉力，当试验中模型出现前、后窜动时，弹簧能迅速给模型施加一个反向力，使模型在安装位置周围的一小段范围内前后运动，使用前卸载装置模拟螺旋桨拉力的垂直分力和螺旋桨滑流的气动升力，使用后卸载装置模拟螺旋桨拉力产生的低头力矩，前卸载装置和后卸载装置均由滑轮、钢索和卸载配重块组成，前卸载装置和后卸载装置中钢索下端分别固定在升沉杆和全机无动力模型上，全机无动力模型下水后，重心纵向位置应保持不变，保证全机无动力模型无明显横倾，同时记录全机无动力模型艏艉两处吃水，其读数应与该状态下理论计算值保持一致；

b）试验设备安装：

与全机无动力模型抗浪能力试验相关的设备有录像机、录像机控制系统、艏部过载传感器、惯性测量单元、舯部过载传感器、艉部过载传感器、试验数据采集系统和拉线式位移传感器，在位于全机无动力模型的前方安装录像机，并保证从录像机中能直观地观察全机无动力模型在试验过程中运动情况，这样当模型出现异常运动情况，试验人员可判断是否需要停止试验以保证试验安全，使用录像机控制系统控制录像机的打开与关闭，以及录像控制。使用录像机固定支架将录像机安装在水动力高速试验拖车系统下方，并保证录像机在试验过程中不发生明显颤动。试验数据采集系统和拉线式位移传感器安装在水动力高速试验拖车系统内，艏部过载传感器、惯性测量单元、舯部过载传感器和艉部过载传感器安装在全机无动力模型中，通过数据传输线缆将试验数据采集系统与艏部过载传感器、惯性测量单元、舯部过载传感器、艉部过载传感器和拉线式位移传感器相连;

c）全机无动力模型水池试验：

试验前，记录全机无动力模型重量、重心、水温、艏艉两处吃水等参数，并根据艏艉吃水的差值计算全机无动力模型纵倾角。打开试验数据采集系统将艏部过载传感器、舯部过载传感器、艉部过载传感器和拉线式位移传感器测量的初始值设置为零，并将惯性测量单元测量的纵倾角初始值设置为由艏艉吃水的差值计算的纵倾角值;

试验时，调整卸载配重块的重量至试验值，造波系统开始制造波浪，试验数据采集系统开始实时采集惯性测量单元测量的纵倾角数据，拉线式位移传感器测量的模型重心处升沉的数据以及艏部过载传感器、舯部过载传感器和艉部过载传感器测量的过载数据，而后水动力高速试验拖车系统开始运行，水动力试验高速拖车在轨道上运动时带动在水面上全机无动力模型以同一速度运动，当拖车加速达到试验要求的运行速度后，将拖车运行速度持续稳定在该拖曳速度极小的变化范围内，记录拖车速度、襟翼偏转角度和升降舵偏转角度等参数，并同时对模型运动情况进行录像，每趟试验结束后，记录各录像机中本次录像对应时间轴位置。待整个试验结束后，根据一系列试验状态下模型纵倾角、重心升沉和艏、舯、艉部过载变化曲线，分析得到模型在波浪中纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值。而后数据分析处理人员应分析所收集纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值的有效性，剔除失效数据。最终确定一系列试验状态下模型纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值，并由此预报实机抗浪能力。

本发明优点是：该方法实用、可行、操作简单，试验结果可靠，适用范围广。

附 图 说 明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

如图1所示本发明试验步骤如下：

a)全机动力模型试验安装：

使用由重心支杆7、小滑车5和升沉杆6三者组成的滑动装置将全机无动力模型1安装在水动力高速试验拖车系统12下方的适航仪8上，该滑动装置保证全机动力模型能在一定范围内上下以及沿适航仪8前后自由运动，并且该重心支杆7与全机无动力模型1的活动连接点应取全机无动力模型1重心位置点，并采用铰链连接，则全机无动力模型1能绕重心位置点自由俯仰转动，全机无动力模型1前端的导航片3与水动力高速试验拖车系统12底部的导航杆4相配合以防止在试验过程中模型产生偏航。牵引装置9和拽拉装置11固定在适航仪8上，试验中通过牵引装置9水动力高速试验拖车系统12牵引全机无动力模型1往前运动，为防止全机无动力模型1在波浪中运动往前窜动，则在小滑车5后方安装拽拉装置11，牵引装置9和拽拉装置11由弹簧与钢索组成，并在安装中保证弹簧具有一定的初始拉力，当试验中模型出现前、后窜动时，弹簧能迅速给模型施加一个反向力，使模型在安装位置周围的一小段范围内前后运动，使用前卸载装置23模拟螺旋桨拉力的垂直分力和螺旋桨滑流的气动升力，使用后卸载装置24模拟螺旋桨拉力产生的低头力矩，前卸载装置23和后卸载装置24分别由滑轮20、钢索21和卸载配重块22组成，前卸载装置23和后卸载装置24中钢索21下端分别固定在升沉杆6和全机无动力模型1上。全机无动力模型1下水后，重心纵向位置应保持不变，保证全机无动力模型1无明显横倾，同时记录全机无动力模型1艏艉两处吃水，其读数应与该状态下理论计算值保持一致，

导航片3和重心支杆7安装在全机无动力模型1上，小滑车5安装适航仪8上，且小滑车5可沿适航仪8前后滑动，位于小滑车5两端的牵引装置9和拽拉装置11均由弹簧与钢索组成，牵引装置9和拽拉装置11的一端通过支架安装在适航仪上8上，而牵引装置9和拽拉装置11另一端与小滑车5两端固接。升沉杆6与重心支杆7固接，升沉杆6穿过小滑车5，并能在小滑车5上做垂直方向自由运动，导航杆4固定在适航仪8上，适航仪8固定安装在水动力高速试验拖车系统12上，前卸载装置23和后卸载装置24包括滑轮20、钢索21和卸载配重块22，前卸载装置23和后卸载装置24的滑轮20固定安装在水动力高速试验拖车系统12上，钢索21绕在滑轮20上，前卸载装置23和后卸载装置24的钢索21的一端分别与升沉杆6和全机无动力模型1相连，而钢索21的另一端安装有卸载配重块22；

b）试验设备安装：

与全机无动力模型1抗浪能力试验相关的设备有录像机2、录像机控制系统13、艏部过载传感器14、惯性测量单元15、舯部过载传感器16、艉部过载传感器17、试验数据采集系统18和拉线式位移传感器19，在位于全机无动力模型1的前方安装录像机2，并保证从录像机2中能直观地观察全机无动力模型1在试验过程中运动情况，这样当模型出现异常运动情况，试验人员可判断是否需要停止试验以保证试验安全，使用录像机控制系统13控制录像机的打开与关闭，以及录像控制。使用录像机固定支架10将录像机2安装在水动力高速试验拖车系统12下方，并保证录像机在试验过程中不发生明显颤动。试验数据采集系统18和拉线式位移传感器19安装在水动力高速试验拖车系统12内，艏部过载传感器14、惯性测量单元15、舯部过载传感器16和艉部过载传感器17安装在全机无动力模型1中，通过数据传输线缆将试验数据采集系统18与艏部过载传感器14、惯性测量单元15、舯部过载传感器16、艉部过载传感器17和拉线式位移传感器19相连；

c）全机无动力模型水池试验：

试验前，记录全机无动力模型1重量、重心、水温、艏艉两处吃水等参数，并根据艏艉吃水的差值计算全机无动力模型1纵倾角。打开试验数据采集系统18将艏部过载传感器14、舯部过载传感器16、艉部过载传感器17和拉线式位移传感器19测量的初始值设置为零，并将惯性测量单元15测量的纵倾角初始值设置为由艏艉吃水的差值计算的纵倾角值；

试验时，调整卸载配重块22的重量至试验值，造波系统开始制造波浪，试验数据采集系统18开始实时采集惯性测量单元15测量的纵倾角数据，拉线式位移传感器19测量的模型重心处升沉的数据以及艏部过载传感器14、舯部过载传感器16和艉部过载传感器17测量的过载数据。而后水动力高速试验拖车系统12开始运行，水动力试验高速拖车在轨道上运动时带动在水面上全机无动力模型1以同一速度运动，当拖车加速达到试验要求的运行速度后，将拖车运行速度持续稳定在该拖曳速度极小的变化范围内，记录拖车速度、襟翼偏转角度和升降舵偏转角度等参数，并同时对模型运动情况进行录像，每趟试验结束后，记录各录像机中本次录像对应时间轴位置。待整个试验结束后，根据一系列试验状态下模型纵倾角、重心升沉和艏、舯、艉部过载变化曲线，分析得到模型在波浪中纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值。而后数据分析处理人员应分析所收集纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值的有效性，剔除失效数据。最终确定一系列试验状态下模型纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值，并由此预报实机抗浪能力；

试验原理如下：

在全机无动力模型试验中主要根据模型在波浪的运动情况，分析全机无动力模型纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值，由此预报实机的抗浪能力。因而试验中由水动力高速试验拖车系统来控制模型的试验速度，由造波系统来制造所需的波浪。试验数据采集系统采集全机无动力模型在波浪运动中纵倾角、重心升沉和艏、舯、艉部过载变化，得到全机无动力模型纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值。

试验结果评定：

试验数据分析人员对纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值进行有效性判定，剔除失效数据。将纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值与预期的结果进行比对分析，初步判定结果的有效性和可靠性。对异常数据进行分析处理，给出处理结果。

Claims (1)

1.一种水面飞行器抗浪能力的全机无动力模型水池试验方法，其特征在于试验步骤如下：

a)全机动力模型试验安装：

将全机无动力模型（1）通过滑动装置安装在水动力高速试验拖车系统（12）下方的适航仪（8）上，该滑动装置保证全机动力模型（1）能在一定范围内上下以及沿适航仪（8）前后自由运动，重心支杆（7）与全机无动力模型（1）活动连接，重心支杆（7）与全机无动力模型（1）的活动连接点应取全机无动力模型（1）重心位置点，并采用铰链铰接，则全机无动力模型（1）能绕重心位置点自由俯仰转动，全机无动力模型（1）前端的导航片（3）与水动力高速试验拖车系统（12）底部的导航杆(4)相配合以防止在试验过程中模型产生偏航，牵引装置(9)和拽拉装置(11)固定在适航仪(8)上，试验中通过牵引装置(9)水动力高速试验拖车系统（12）牵引全机无动力模型(1)往前运动，为防止全机无动力模型（1）在波浪中运动往前窜动，则在小滑车（5）后方安装拽拉装置（11），牵引装置（9）和拽拉装置（11）均由弹簧与钢索组成，并在安装中保证弹簧具有一定的初始拉力，当试验中模型出现前、后窜动时，弹簧能迅速给模型施加一个反向力，使模型在安装位置周围的一小段范围内前后运动，使用前卸载装置（23）模拟螺旋桨拉力的垂直分力和螺旋桨滑流的气动升力，使用后卸载装置（24）模拟螺旋桨拉力产生的低头力矩，前卸载装置（23）和后卸载装置（24）均由滑轮（20）、钢索（21）和卸载配重块（22）组成，前卸载装置（23）和后卸载装置（24）中钢索（21）下端分别固定在升沉杆（6）和全机无动力模型（1）上，全机无动力模型（1）下水后，重心纵向位置应保持不变，保证全机无动力模型（1）无明显横倾，同时记录全机无动力模型（1）艏艉两处吃水，其读数应与该状态下理论计算值保持一致；

b）试验设备安装：

与全机无动力模型（1）抗浪能力试验相关的设备有录像机（2）、录像机控制系统（13）、艏部过载传感器（14）、惯性测量单元（15）、舯部过载传感器（16）、艉部过载传感器（17）、试验数据采集系统（18）和拉线式位移传感器（19），在位于全机无动力模型（1）的前方安装录像机（2），并保证从录像机（2）中能直观地观察全机无动力模型（1）在试验过程中运动情况，这样当模型出现异常运动情况，试验人员可判断是否需要停止试验以保证试验安全，使用录像机控制系统（13）控制录像机的打开与关闭，以及录像控制；

使用录像机固定支架（10）将录像机（2）安装在水动力高速试验拖车系统（12）下方，并保证录像机在试验过程中不发生明显颤动；

试验数据采集系统（18）和拉线式位移传感器(19)安装在水动力高速试验拖车系统(12)内，艏部过载传感器(14)、惯性测量单元(15)、舯部过载传感器(16)和艉部过载传感器(17)安装在全机无动力模型(1)中，通过数据传输线缆将试验数据采集系统(18)与艏部过载传感器(14)、惯性测量单元(15)、舯部过载传感器(16)、艉部过载传感器(17)和拉线式位移传感器(19)相连;

c）全机无动力模型水池试验：

试验前，记录全机无动力模型(1)重量、重心、水温、艏艉两处吃水等参数，并根据艏艉吃水的差值计算全机无动力模型(1)纵倾角；

打开试验数据采集系统（18）将艏部过载传感器(14)、舯部过载传感器(16)、艉部过载传感器（17）和拉线式位移传感器（19）测量的初始值设置为零，并将惯性测量单元（15）测量的纵倾角初始值设置为由艏艉吃水的差值计算的纵倾角值;

试验时，调整卸载配重块（22）的重量至试验值，造波系统开始制造波浪，试验数据采集系统（18）开始实时采集惯性测量单元（15）测量的纵倾角数据，拉线式位移传感器（19）测量的模型重心处升沉的数据以及艏部过载传感器（14）、舯部过载传感器（16）和艉部过载传感器（17）测量的过载数据，而后水动力高速试验拖车系统（12）开始运行，水动力试验高速拖车在轨道上运动时带动在水面上全机无动力模型(1)以同一速度运动，当拖车加速达到试验要求的运行速度后，将拖车运行速度持续稳定在该拖曳速度极小的变化范围内，记录拖车速度、襟翼偏转角度和升降舵偏转角度等参数，并同时对模型运动情况进行录像，每趟试验结束后，记录各录像机中本次录像对应时间轴位置；

待整个试验结束后，根据一系列试验状态下模型纵倾角、重心升沉和艏、舯、艉部过载变化曲线，分析得到模型在波浪中纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值；

而后数据分析处理人员应分析所收集纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值的有效性，剔除失效数据；

最终确定一系列试验状态下模型纵倾角幅值、重心升沉幅值和艏、舯、艉部过载的幅值，并由此预报实机抗浪能力。