CN108362475A - 一种水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法 - Google Patents

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黄淼
吴彬
张家旭
曹楷
云鹏
李正
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    • 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

本发明属于水面飞行器水池气动试验技术,具体涉及一种水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法。本发明方法在试验模型及试验装置安装到位后，首先要选择具有合适弹性系数的弹性绳索，通过调整升沉杆上端与拉力计之间弹性绳索的长度设置弹性绳索的预拉力，在使弹性绳索的预拉力与所需模拟气动升力相等或稍大条件下，运行拖车进行气动升力模拟试验。本发明利用弹性绳的预拉力来模拟气动升力，当模型的垂向位置发生跳动时弹性绳索的变形量虽然会发生变化，但是其拉力不会消失，保证试验模型在整个试验过程中受到持续性的、与所需模拟气动升力数值相差较小的气动升力，该方法实用、可行、操作简单、模拟准确。

Description

一种水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法
技术领域
本发明属于水面飞行器水池气动试验技术,具体涉及一种水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法。
背景技术
水面飞行器相对于陆基飞机和水面舰船而言具有独特的优势，在国防建设和国民经济发展中具有重要作用。水面飞行器模型水池试验是研究水面飞行器水动力性能的一种有效的方法，得到的试验数据能直观的反应出水面飞行器的水阻力、滑行稳定性以及波浪运动响应，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。
常规的水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法采用的是细软钢索和卸载重物，细软钢索一端与升沉杆相连，另一端与卸载重物相连，利用卸载重物的重力使细软钢索产生张力，并施加在模型上，从而模拟气动升力。该方法的缺点在于，试验模型在稳速运动时如果垂向位移发生跳动，或是波浪水面试验时模型垂向位移连续波动，那么细软钢索松动的瞬间会失去张力，卸载重物的上下运动又会对细软钢索造成很大的冲击力，引起气动升力模拟不准。
发明内容
本发明的目的是：针对常规的细软钢索和卸载重物的气动升力模拟方法的不足，提出一种操作简单、准确实用的水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法。
本发明的技术方案是：一种水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法，试验模型及试验装置安装到位后，首先要选择具有合适弹性系数的弹性绳索，通过调整升沉杆上端与拉力计之间弹性绳索的长度设置弹性绳索的预拉力，在使弹性绳索的预拉力与所需模拟气动升力相等或稍大条件下，运行拖车进行气动升力模拟试验。
通过利用拉力计采集弹性绳索拉力值的大小，并与需模拟的气动升力数值比较，不断调整拉力计6与弹性绳索7的连接位置改变弹性绳索的拉力值，使弹性绳索的预拉力与所需模拟气动升力相等或稍大。
所述试验模型1安装在拖车2的下方，试验模型在重心处利用角位移计9 与升沉杆10铰接，升沉杆穿过与拖车上适航仪固接的线轴承4，升沉杆上端连接弹性绳索7，弹性绳索7与设置在拖车上的拉力计6连接。
升沉杆中部安装有天平8。
所述升沉杆中部安装有天平8。
所述弹性绳索7与拉力计之间具有若干分别安装在拖车顶部和拖车底部用于弹性绳索7走线的定滑轮5。
所述角位移计9是齿轮片式角度传感器，一组齿轮片与模型固结，与该齿轮片啮合的另一组齿轮片与升沉杆固结，试验时通过采集两组齿轮片的相对运动角度并转换为电信号，以此测量试验模型的俯仰角度。
本发明的技术效果是：本发明提出的气动升力模拟方法，是利用弹性绳的预拉力来模拟气动升力，从而不需要卸载重物。当模型的垂向位置发生跳动时弹性绳索的变形量虽然会发生变化，但是其拉力不会消失。此外，通过选择具有较小弹性系数的弹性绳，还能保证由于试验模型垂向位置的跳动引起的弹性绳的拉力变化较小，从而保证试验模型在整个试验过程中受到持续性的、与所需模拟气动升力数值相差较小的气动升力。该方法实用、可行、操作简单、模拟准确，相对于现有技术具有较大的实际应用价值。
附图说明
图1是本发明水面飞行器模型水池试验气动升力模拟示意图，
其中，1-试验模型、2-拖车、3-适航仪、4-线轴承、5-定滑轮、6-拉力计、7-弹性绳索、8-天平、9-角位移计、10-升沉杆。
图2是图1的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：
本发明水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法在水面飞行器模型水池试验气动升力模拟时，利用弹性绳索的预拉力来模拟气动升力。首先要选择具有合适弹性系数的弹性绳索，通过调整升沉杆上端与拉力计之间弹性绳索的长度设置弹性绳索的预拉力，并使弹性绳索的预拉力与所需模拟气动升力相等或稍大，当试验模型的垂向位置发生跳动时，弹性绳索的拉力变化较小，从而保证试验模型在整个试验过程中受到持续性的、与所需模拟气动升力数值相差较小的气动升力。
本发明水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法的步骤如下：
a)试验模型及试验装置的安装：
如图1所示，试验模型1安装在拖车2的下方，试验模型在重心处利用角位移计9与升沉杆10铰接，用于实现试验模型与拖车的连接，确保试验模型相对于拖车仅能在垂直方向移动和俯仰方向转动。角位移计9是齿轮片式角度传感器，一组齿轮片与模型固结，与该齿轮片啮合的另一组齿轮片与升沉杆固结，试验时通过采集两组齿轮片的相对运动角度并转换为电信号，以此测量试验模型的俯仰角度。所述升沉杆中部安装有天平8，该天平的设置位置精妙，整体结构简洁，能够方便实现试验模型的水阻力的采集。同时，所述升沉杆穿过与拖车上适航仪固接的线轴承4，升沉杆上端连接弹性绳索7，弹性绳索绕过安装在拖车顶部、拖车底部的定滑轮5后与固接在拖车上的拉力计6连接。其中，所述拉力计6用于测量弹性绳索的拉力，弹性绳索绕过的定滑轮的个数不定，当需要模拟的气动升力较大时，弹性绳索长度较长，则可多绕过几个定滑轮，反之则可少绕过几个定滑轮。
b)气动升力的模拟：
试验时在拖车运行前，首先根据试验速度、模型重量等参数确定需要模拟的气动升力的大小，再手动调整弹性绳索7的长度，并与拉力计6连接，利用数据采集系统采集、读取拉力计6的拉力值(即弹性绳索的拉力)，并与需要模拟的气动升力值进行比较，如果弹性绳索的拉力与需要模拟气动升力值的差异在±5％以外时，则再次调整弹性绳索长度，直到弹性绳索的拉力与需要模拟气动升力值的差异在±5％以内为止。
试验时，拖车带动模型以一定速度运动，由于弹性绳索具有一定的拉力，从而给升沉杆施加向上的力，并传递到模型上，该力即为模拟的气动升力。试验过程中模型在垂直方向的位置会发生变化，特别是当试验模型发生跳跃运动时其垂向位置变化较大，引起弹性绳索的变形长度会出现波动，从而引起弹性绳索的拉力变化，为保证弹性绳索的拉力变化较小，其弹性系数不宜过大，一般不大于10kg/m，从而保证试验模型在整个试验过程中受到持续性的、与所需模拟气动升力数值相差较小的气动升力。

Claims (7)

1.一种水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法，其特征在于，试验模型及试验装置安装到位后，首先要选择具有合适弹性系数的弹性绳索，通过调整升沉杆上端与拉力计之间弹性绳索的长度设置弹性绳索的预拉力，在使弹性绳索的预拉力与所需模拟气动升力相等或稍大条件下，运行拖车进行气动升力模拟试验。
2.根据权利要求1所述的水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法，其特征在于，通过利用拉力计采集弹性绳索拉力值的大小，并与需模拟的气动升力数值比较，不断调整拉力计(6)与弹性绳索(7)的连接位置改变弹性绳索的拉力值，使弹性绳索的预拉力与所需模拟气动升力相等或稍大。
3.根据权利要求1所述的水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法，其特征在于，弹性绳索的弹性系数不大于10kg/m。
4.根据权利要求1所述的水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法，其特征在于，所述试验模型(1)安装在拖车(2)的下方，试验模型在重心处利用角位移计(9)与升沉杆(10)铰接，升沉杆穿过与拖车上适航仪固接的线轴承(4)，升沉杆上端连接弹性绳索(7)，弹性绳索(7)与设置在拖车上的拉力计(6)连接。
5.根据权利要求4所述的水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法，其特征在于，所述升沉杆中部安装有天平(8)。
6.根据权利要求4所述的水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法，其特征在于，所述弹性绳索(7)与拉力计之间具有若干分别安装在拖车顶部和拖车底部用于弹性绳索(7)走线的定滑轮(5)。
7.根据权利要求4所述的水面飞行器模型水池试验气动升力模拟方法，其特征在于，所述角位移计(9)是齿轮片式角度传感器，一组齿轮片与模型固结，与该齿轮片啮合的另一组齿轮片与升沉杆固结，试验时通过采集两组齿轮片的相对运动角度并转换为电信号，以此测量试验模型的俯仰角度。
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