CN108362471B - 一种基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水动力实验模拟系统方向技术领域，涉及一种基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置，包括地基支撑结构、电动缸刚性固定支座、交流伺服电动缸系统、消波装置结构、多自由度固定支座、转动固定支座、限位板结构、造波板、液压缸、波浪角度调整支座、水池底部支座滑槽等结构，在控制上包括PC机、数据采集系统、控制系统、速度传感器、角度传感器、电动缸位移传感器、液压杆位移传感器、浪高仪传感器等结构。本发明不仅具有利用前沿的相位差造波技术进行试验斜波的可行性制造，而且在此提出了波面可多自由度调节的斜波造波系统，可有效的提高斜波造波的精度与效率，提高了水动力实验室造波系统的多样性与稳定性。

Description

一种基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置
技术领域
本发明属于水动力实验模拟系统方向技术领域，涉及一种基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置。
背景技术
水动力造波是一项重要的实验技术，造波机为试验中最为重要的实验装置，用以模拟实验真实海况，广泛应用于特种飞行器水上飞机的水上滑行状态的研究，新型飞机迫降性能的分析以及潜艇水下与水面运行参数的探究等重要科研领域。造波机模拟不同实际海况波浪的准确性与有效性，直接决定着未来不同新型水上飞机、航空飞机、潜艇等开发利用，以及适航认证。波浪模拟装置是进行水动力耐波性试验最重要最核心的设备。目前，国内进行耐波性试验采用的波浪模拟装置的造波板，前后可摇摆固定，其他自由度限制的方法，驱动动力主要采用液压驱动方式。针对目前传统造波方法存在不足为：(1)传统斜波模拟，为利用相位差原理，对斜波进行制造，过程中个造波板间存在一定的相位角，造波板间相互交叉错开，造波过程中错开部位对整个波浪产生扰动，相位差越大，扰动越大，影响斜波的精确度；(2)传统的波浪模拟，利用液压缸作为动力，存在运动定位控制精度差、动态响应不好、维护困难，难以获得理想品质的波浪。
本发明内容本发明的目的：为接解决上述技术问题，提出一种基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置
本发明的技术方案
一种基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置，其特征在于：结构上包括地基支撑结构4、电动缸刚性固定支座3、交流伺服电动缸系统2、消波装置结构1、多自由度固定支座12、限位板结构14、造波板5、一号液压缸6、二号液压缸9，波浪角度调整支座7、水池底部支座滑槽8、造波实验池底10、智能控制系统11；所述的消波装置结构螺栓1固定于地基支撑结构上，与水面相接触；所述的交流伺服电动缸系统2，一端通过电动缸刚性固定支座3固定于地面支撑上端面，一端通过多自由度固定支座12与造波板5相连；所述的电动缸刚性固定支座3通过半埋于地面支撑里面牢固固定；所述的地基支撑结构4为水泥结构，防水处理；所述的造波板5，为刚性结构，通过多自由度固定支座12固定于交流伺服电动缸系统2顶杆端，通过造波板下轴承支座13固定于波浪角度调节支座上端，均通过螺栓连接，保证刚性；液压缸包括四个，一号液压缸6、二号液压缸9各两个，两端各对称布置一个固定于水下，所述的波浪角度调整支座7为刚性较强的长方体钢构，放置于造波实验池底10的凹槽的水池底部支座滑槽8上，另一端通过造波板下轴承支座13分别固定各造波板；所述的造波实验池底10为水泥结构，防水处理；所述的智能控制系统11为数据采集，处理，控制电动缸与液压缸运动的系统；所述的多自由度固定支座12，通过螺栓连接交流伺服电动缸系统2前端与造波板5上端，所述的造波板下轴承支座13固定于水池底部支座滑槽8上端，和造波板5下端，可前后自由转动；所述的限位板结构14置于水池底部支座滑槽8上端，限制水池底部滑槽位置，固定于造波实验池底10上端。
所述智能控制系统11包括PC机11-1、数据采集系统11-2、控制系统11-3、速度传感器11-4、角度传感器11-5、电动缸位移传感器11-6、液压杆位移传感器11-7、浪高仪位移传感器11-8；所述的PC机11-1、数据采集系统11-2、控制系统11-3放置于水泥地基岸边；所述的速度传感器11-4，采集电动缸转速信息；所述的角度传感器11-5，采集造波板的偏转信息；所述的电动缸位移传感器11-6，采集电动缸伸长与缩短时的位移量；所述的液压杆位移传感器11-7，采集液压顶杆的位移量；所述的浪高仪传感器11-8放置于水面，采集所造波浪大小信息。
造波板5通过多自由度固定支座12与交流伺服电动缸系统2顶杆结合，通过液压缸顶杆位置传感器11-7以及造波板5上角度传感器11-5对斜波波浪角度调整支座7角度进行调节，并用限位板结构14对波浪角度调整支座7进行上下定位，在调节过程中与多自由度固定支座12相结合，松开支座上紧螺栓，在调节液压缸改变造波板5角度过程中，使多自由度固定支座(12)的下连接板(12-6)可在凸台孔型滑道(12-2)横向左右自由滑动，调整结束后利用螺栓锁合，进行斜波造波。
所述造波板可自由转动。
所述交流伺服电动缸系统2包括上下固定特制螺栓2-1、地下固定板2-2、地面固定板2-3、加强筋2-4、上支撑板2-5、电动缸轴承固定装置2-6；所述的地下固定特制螺栓2-1，下端为钩形固定于水泥地面，上端为螺纹杆固定地下固定板2-2、地面固定板2-3；所述的加强筋2-4结构加强上支撑板2-5，上端支撑电动缸轴承固定装置2-6。
所述多自由度固定支座12包括轴连接结构12-1、凸台孔型滑道12-2、上轴承支座12-3、螺纹孔12-4、柱型凸台12-5、下连接板12-6、外螺纹凸台12-7；所述的轴连接机构12-1的连接转轴与上轴承支座12-3连接紧固；凸台孔型滑道12-2位于造波板5上端，孔型通道上端为开孔，保证下连接板12-6左右自由滑动，外螺纹凸台12-7伸出；所述的上轴承支座12-3左右两侧通过螺纹孔12-4与外螺纹凸台12-7螺纹连接，下端与柱型凸台12-5焊接；所述的柱型凸台12-5上端与上轴承支座12-3焊接，下端可自由伸进凸台孔性滑道12-2上端开口处，下端不与下连接板12-6接触，以限制上轴承支座12-3的前后自由度。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元波浪模拟新型装置系统，利用液压缸技术实现了整体造波机造波面根据斜波要求可控制自由调节；利用电动缸技术提供造波动力，根据不同实验要求精确，快速调节造波大小，模拟不同海况。
附图说明
图1为本发明的系统装置整体结构示意图。
其中1-消波装置结构、2-交流伺服电动缸系统、3-电动缸刚性固定支座、4-地基支撑结构、5-造波板、6-一号液压缸、7-波浪角度调节支座、8-水池底部支座滑槽、9-二号液压缸、10-造波实验池底、11智能控制系统、12-多自由度固定支座、13-造波板下轴承支座、14-限位板结构。
图2为本发明的交流伺服电动缸系统结构示意图。
其中2-1-上下固定特制螺栓、2-2-地下固定板、2-3-地面固定板、2-4-加强筋、2-5-上支撑板、2-6-电动缸轴承固定装置
图3为本发明的智能控制系统结构示意图。
其中11-1-PC机、11-2-数据采集系统、11-3-控制系统、11-4-速度传感器、11-5-角度传感器、11-6-电动缸位移传感器、11-7-液压杆位移传感器、11-8-浪高仪位移传感器
图4为本发明的多自由度固定支座结构分解示意图。
其中12-1-轴连接结构、12-2-凸台孔型滑道、12-3-上轴承支座、12-4-螺纹孔、12-5-柱型凸台、12-6-下连接板、12-7-外螺纹凸台
具体实施方式
如图1所示，所述的消波装置结构螺栓1固定于地基支撑结构上，与水面相接触；所述的交流伺服电动缸系统2，一端通过电动缸刚性固定支座3固定于地面支撑上端面，一端通过多自由度固定支座12与造波板5相连；所述的电动缸刚性固定支座3通过半埋于地面支撑里面牢固固定；所述的地基支撑结构4为水泥结构，防水处理；所述的造波板5，为刚性结构，通过多自由度固定支座12固定于交流伺服电动缸系统2顶杆端，通过造波板下轴承支座13固定于波浪角度调节支座7上端，均通过螺栓连接，保证刚性；液压缸包括四个，一号液压缸6、二号液压缸9各两个，两端各对称布置一个固定于水下，能够根据所需斜波角度对波浪角度调整支座7进行精确地角度调节；所述的波浪角度调整支座7为刚性较强的长方体钢构，放置于造波实验池底10的凹槽的水池底部支座滑槽8上，另一端通过造波板下轴承支座13分别固定各造波板，通过螺栓连接；所述的水池底部支座滑槽位8凹型水泥结构，置于造波实验池底10；所述的造波实验池底10为水泥结构，防水处理；所述的智能控制系统11为数据采集，处理，控制电动缸与液压缸运动的系统；所述的多自由度固定支座12，通过螺栓连接交流伺服电动缸系统2前端与造波板5上端，使电动缸可前后摇摆，以及造波板5可自由转动；所述的造波板下轴承支座13通过螺栓固定于水池底部支座滑槽8上端，和造波板5下端，可前后自由转动；所述的限位板结构14，置于水池底部支座滑槽8上端，限制水池底部滑槽位置，螺栓固定于造波实验池底10上端。
所述交流伺服电动缸系统利用电动缸轴承固定装置固定在电动缸刚性支座上，可低摩擦自由的进行上下摇摆动作；所述的消波装置结构，固定于水池支撑结构内侧，波浪所能击打到的壁面，进行消波处理。
如图2所示，所述交流伺服电动缸系统2包括上下固定特制螺栓2-1、地下固定板2-2、地面固定板2-3、加强筋2-4、上支撑板2-5、电动缸轴承固定装置2-6；所述的地下固定特制螺栓2-1，下端为钩形固定于水泥地面，上端为螺纹杆固定地下固定板2-2、地面固定板2-3；所述的加强筋2-4结构加强上支撑板2-5，上端支撑电动缸轴承固定装置2-6。
如图3系统数据采集与控制示意图所示，所述智能控制系统11包括PC机11-1、数据采集系统11-2、控制系统11-3、速度传感器11-4、角度传感器11-5、电动缸位移传感器11-6、液压杆位移传感器11-7、浪高仪位移传感器11-8；所述的PC机11-1、数据采集系统11-2、控制系统11-3放置于水泥地基岸边；所述的速度传感器11-4，采集电动缸转速信息；所述的角度传感器11-5，采集造波板的偏转信息；所述的电动缸位移传感器11-6，采集电动缸伸长与缩短时的位移量；所述的液压杆位移传感器11-7，采集液压顶杆的位移量；所述的浪高仪传感器11-8放置于水面，采集所造波浪大小信息。所述的控制系统可以对数据采集系统数据进行分析并反馈控制各运动构件以很好的控制波浪大小及方向，快速有效调节所需斜波角度，以及高效控制改变所模拟海况等级，避免斜波造波过程中的传统相位误差与造波板间间隙干扰，提高模拟的精确性与有效性。
如图4所示，所述多自由度固定支座12包括轴连接结构12-1、凸台孔型滑道12-2、上轴承支座12-3、螺纹孔12-4、柱型凸台12-5、下连接板12-6、外螺纹凸台12-7；所述的轴连接机构12-1的连接转轴与上轴承支座12-3连接紧固；凸台孔型滑道12-2位于造波板5上端，孔型通道上端为开孔，保证下连接板12-6左右自由滑动，外螺纹凸台12-7伸出；所述的上轴承支座12-3左右两侧通过螺纹孔12-4与外螺纹凸台12-7螺纹连接，下端与柱型凸台12-5焊接；所述的柱型凸台12-5上端与上轴承支座12-3焊接，下端可自由伸进凸台孔性滑道12-2上端开口处，下端不与下连接板12-6接触，以限制上轴承支座12-3的前后自由度。以实现电动缸的前后摇摆运动和造波板角度变化时的横向凸台孔滑动定位运动，并利用螺纹孔锁合固定。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (6)

1.一种基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置，其特征在于：结构上包括地基支撑结构(4)、电动缸刚性固定支座(3)、交流伺服电动缸系统(2)、消波装置结构(1)、多自由度固定支座(12)、限位板结构(14)、造波板(5)、一号液压缸(6)、二号液压缸(9)，波浪角度调整支座(7)、水池底部支座滑槽(8)、造波实验池底(10)、智能控制系统(11)；所述的消波装置结构(1)固定于地基支撑结构(4)上，与水面相接触；所述的交流伺服电动缸系统(2)，一端通过电动缸刚性固定支座(3)固定于地面支撑结构(4)上端面，一端通过多自由度固定支座(12)与造波板(5)相连；所述的电动缸刚性固定支座(3)通过半埋于地面支撑里面牢固固定；所述的地基支撑结构(4)为水泥结构，防水处理；所述的造波板(5)，为刚性结构，通过多自由度固定支座(12)固定于交流伺服电动缸系统(2)顶杆端，通过造波板下轴承支座(13)固定于波浪角度调节支座上端，均通过螺栓连接，保证刚性；液压缸包括四个，一号液压缸(6)、二号液压缸(9)各两个，两侧的水池底部支座滑槽(8)的两端各对称布置一个固定于水下，所述的波浪角度调整支座(7)为刚性较强的长方体钢构，放置于造波实验池底(10)的凹槽的水池底部支座滑槽(8)上，另一端通过造波板下轴承支座(13)分别固定各造波板；所述的造波实验池底(10)为水泥结构，防水处理；所述的智能控制系统(11)为数据采集，处理，控制电动缸与液压缸运动的系统；所述的多自由度固定支座(12)，通过螺栓连接交流伺服电动缸系统(2)前端与造波板(5)上端，所述的造波板下轴承支座(13)固定于水池底部支座滑槽(8)上端，和造波板(5)下端，可前后自由转动；所述的限位板结构(14)置于水池底部支座滑槽(8)上端，限制水池底部支座滑槽(8)的位置，固定于造波实验池底(10)上端。
2.如权利要求1所述的基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置，其特征在于：所述智能控制系统(11)包括PC机(11-1)、数据采集系统(11-2)、控制系统(11-3)、速度传感器(11-4)、角度传感器(11-5)、电动缸位移传感器(11-6)、液压杆位移传感器(11-7)、浪高仪位移传感器(11-8)；所述的PC机(11-1)、数据采集系统(11-2)、控制系统(11-3)放置于水泥地基岸边；所述的速度传感器(11-4)采集电动缸转速信息；所述的角度传感器(11-5)采集造波板的偏转信息；所述的电动缸位移传感器(11-6)采集电动缸伸长与缩短时的位移量；所述的液压杆位移传感器(11-7)，采集液压顶杆的位移量；所述的浪高仪传感器(11-8)放置于水面，采集所造波浪大小信息。
3.如权利要求2所述的基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置，其特征在于：造波板(5)通过多自由度固定支座(12)与交流伺服电动缸系统(2顶杆结合，通过液压缸顶杆位置传感器(11-7)以及造波板(5)上角度传感器(11-5)对波浪角度调整支座(7)角度进行调节，并用限位板结构(14)对波浪角度调整支座(7)进行上下定位，在调节过程中与多自由度固定支座(12)相结合，松开支座上紧螺栓，在调节液压缸改变造波板(5)角度过程中，使多自由度固定支座(12)的下连接板(12-6)可在凸台孔型滑道(12-2)横向左右自由滑动，调整结束后利用螺栓锁合，进行斜波造波。
4.如权利要求1至3任意一项所述的基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置，其特征在于：所述造波板可自由转动。
5.如权利要求1所述的基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置，其特征在于：所述交流伺服电动缸系统(2)包括上下固定特制螺栓(2-1)、地下固定板(2-2)、地面固定板(2-3)、加强筋(2-4)、上支撑板(2-5)、电动缸轴承固定装置(2-6)；所述的地下固定特制螺栓(2-1)，下端为钩形固定于水泥地面，上端为螺纹杆固定地下固定板(2-2)、地面固定板(2-3)；所述的加强筋(2-4)结构加强上支撑板(2-5)，上端支撑电动缸轴承固定装置(2-6)。
6.如权利要求1所述的基于多自由度可调式水动力耐波性试验多单元装置，其特征在于：所述多自由度固定支座(12)包括轴连接结构(12-1)、凸台孔型滑道(12-2)、上轴承支座(12-3)、螺纹孔(12-4)、柱型凸台(12-5)、下连接板(12-6)、外螺纹凸台(12-7)；所述的轴连接机构(12-1)的连接转轴与上轴承支座(12-3)连接紧固；凸台孔型滑道(12-2)位于造波板(5)上端，孔型通道上端为开孔，保证下连接板(12-6)左右自由滑动，外螺纹凸台(12-7)伸出；所述的上轴承支座(12-3)左右两侧通过螺纹孔(12-4)与外螺纹凸台(12-7)螺纹连接，下端与柱型凸台(12-5)焊接；所述的柱型凸台(12-5)上端与上轴承支座(12-3)焊接，下端可自由伸进凸台孔性滑道(12-2)上端开口处，下端不与下连接板(12-6)接触，以限制上轴承支座(12-3)的前后自由度。
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