CN108572055B - 一种应用于水池实验室的auv水下回收流体动力测试实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置，通过第一刚性连接杆与四根第三刚性连接杆将水下对接基站与AUV分别与悬臂梁与横梁进行固定与安装，安装方式牢固可靠，不会影响实验数据的准确测量；横跨水池两侧的横梁可通过行车轮沿导轨方向运动，用来模拟AUV在水下对接过程中的运动，改变行车轮的速度可改变AUV的速度，可根据实验要求实时进行人为调整，使得实验测量范围更广；第一刚性连接杆与横梁的使用，使得AUV的位置和姿态可进行调整，从而可进行AUV以不同攻角、不同侧滑角进行水下对接实验的数据测量，使得本发明实验装置的应用范围更为广泛。
Description
技术领域
本发明涉及AUV水下性能测试技术领域，具体为一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置。
背景技术
随着人类开发利用海洋资源的区域不断扩大，对深海、远海的探索不断增多，这就需要AUV具有在深海和远海领域工作的能力。然而，由于AUV续航能力及水下作业时间有限，为了实现AUV远距离、大深度、长时间的连续水下作业，就需要通过将AUV与水下对接基站连接，进行能量补充、数据上传和任务下载等工作。
在AUV与水下对接基站的自主对接过程中，AUV周围的流场会受到水下对接基站的影响，导致AUV非线性流体动力的出现，这种非线性流体动力会在一定程度上影响AUV水下对接的安全性。因此，对接过程中AUV流体动力等相关实验数据的准确测量对于AUV水下对接成功与否具有极其重要的作用。
然而，目前关于AUV水下对接的研究主要集中于水下对接装置的设计和AUV回收方法的研究等方面，而几乎没有用于水池实验室进行AUV水下对接实验的装置。故基于此，设计一种可用于水池实验室，能对AUV非线性流体动力等实验数据进行测量的水下回收流体动力测试实验装置具有极为重要的价值。
发明内容
针对AUV水下对接过程流体动力等相关数据的实验测量问题，本发明基于水池实验室设计了一种可用于AUV流体动力等数据测量的水下回收流体动力测试实验装置。
本发明实验装置的水下对接基站采用四根第三刚性连接杆固定在水池内壁两侧的悬臂梁上，实现水下对接基站的安装与固定，安装在水池内壁的悬臂梁则通过紧固连接装置固定在水池内壁两侧；本发明实验装置的AUV则通过第二刚性连接杆与横跨在水池两侧的横梁固连在一起，该横梁横跨水池两侧壁面，通过行车轮驱动，从而可带动AUV顺着导轨方向以不同速度运动，模拟AUV与水下对接基站的对接过程；第二刚性连接杆可沿轴向伸缩，改变AUV在水下的垂向位置，同时第二刚性连接杆与横梁的连接处可沿横梁轴线方向移动，改变AUV的侧向位置；第二刚性连接杆与横梁均能绕自身轴线方向实现转动，模拟AUV以不同攻角和不同侧滑角进行水下对接的过程；AUV与第一刚性连接杆之间通过法兰装置安装有六分力应变天平，实现对AUV在水下回收过程中流体动力等实验数据的测量，通过数据采集线保存在电脑中，供实验人员使用，实现在水池实验室对AUV水下对接过程中的流体动力等相关实验数据准确测量的目的。
基于上述原理，本发明的技术方案为：
所述一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置，其特征在于：包括水池(3)、水下对接基站(7)、AUV安装与移动系统、数据显示与保存系统(1)；
所述水下对接基站(7)通过多根第三刚性连接杆(13)固连在悬臂梁(4)上，两个悬臂梁(4)通过水池(3)上的锁紧机构固定在水池(3)的内壁上；水下对接基站(7)平行于水池(3)侧壁面；
所述AUV安装与移动系统包括AUV(6)、六分力应变天平(8)、第二刚性连接杆(11)、测量线路密封舱(12)、第一刚性连接杆(10)和横梁(5)；
所述横梁(5)横跨水池(3)，且横梁(5)两端通过行车轮(9)放置在水池两侧的导轨上，横梁(5)能够沿水池两侧导轨移动；第一刚性连接杆(10)一端连接在横梁(5)上，另一端固定连接测量线路密封舱(12)；测量线路密封舱(12)前端与第二刚性连接杆(11)一端固定连接，第二刚性连接杆(11)另一端与六分力应变天平(8)固定连接，六分力应变天平(8)通过法兰结构安装在AUV(6)的尾部；第二刚性连接杆(11)与AUV(6)轴线重合；
所述数据显示与保存系统(1)通过数据传输线(2)与六分力应变天平(8)实现信号传输。
进一步的优选方案，所述一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置，其特征在于：所述第一刚性连接杆(10)通过轴承垂直连接在横梁(5)内部的滑块上，第一刚性连接杆(10)能够相对横梁(5)绕自身轴线转动；所述第一刚性连接杆(10)自身为长度可调杆结构；在横梁(5)内部有垂直于水池侧壁方向的滑道，滑道内安装有旋转轴，横梁(5)内部的滑块安装在旋转轴上，且滑块上还安装有锁定装置，当锁定装置打开时，滑块能够在旋转轴上沿旋转轴轴向移动，当锁定装置锁紧时，滑块能够连同旋转轴共同转动。
进一步的优选方案，所述一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置，其特征在于：所述水池(3)为长条形水池。
进一步的优选方案，所述一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置，其特征在于：横梁(5)内部滑块与旋转轴之间的锁定装置采用锁紧螺钉结构。
有益效果
本发明的有益效果是：
本发明基于水池实验室，通过第一刚性连接杆(10)与四根第三刚性连接杆(11)将水下对接基站(7)与AUV(6)分别与悬臂梁(4)与横梁(5)进行固定与安装，安装方式牢固可靠，不会影响实验数据的准确测量；横跨水池两侧的横梁(5)可通过行车轮(9)沿导轨方向运动，用来模拟AUV(6)在水下对接过程中的运动，改变行车轮(9)的速度可改变AUV的速度，可根据实验要求实时进行人为调整，使得实验测量范围更广；第一刚性连接杆(10)与横梁(5)的使用，使得AUV的位置和姿态可进行调整，从而可进行AUV以不同攻角、不同侧滑角进行水下对接实验的数据测量，使得本发明实验装置的应用范围更为广泛。
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：
附图1是AUV水下回收流体动力测试实验装置示意图；
附图2是AUV水下回收流体动力测试实验装置主视图；
附图3是六分量力学传感器安装示意图；
附图4是AUV连接与固定示意图；
附图5是水下对接装置连接与固定示意图
图中：1-数据显示与保存系统，2-数据传输线，3-水池，4-悬臂梁，5-横梁，6-AUV，7-水下对接装置，8-六分力应变天平，9-横梁行车轮，10-第一刚性连接杆，11-第二刚性连接杆，12-测量线路密封舱，13-第三刚性连接杆。
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。
此外、术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明的结构原理如下：
参照附图1～5，本发明的主要组成部分有：数据显示与保存系统，数据传输线，水池，悬臂梁，横梁，AUV，水下对接基站，六分力应变天平，横梁行车轮，第一刚性连接杆，第二刚性连接杆，第三刚性连接杆。可以看出：整个基于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置结构简单，稳定可靠。
参照附图1～3，本发明基于水池实验室，根据水池实验室壁面的特有结构，将AUV等通过第一刚性连接杆与横跨水池的横梁相连，水下对接基站则通过四根第三刚性连接杆固定在水池内壁的悬臂梁上，整体结构简单，安装方便牢固。通过法兰结构等紧固元件安装在第二刚性连接杆上的六分力应变天平可用来采集实验数据，并不会影响AUV在水下对接过程中的流场，保证了实验的精度，通过数据传输线将采集到的实验数据保存到数据显示与保存系统中，数据的处理更为方便简洁。
参照附图4，本发明可通过行车轮驱动横梁实现AUV的运动，可人为设定AUV的移动速度，模拟AUV在水下对接过程中的运动速度，这大大增加了AUV水下回收流体动力测试实验装置的适用范围。本发明实验装置的安装牢固可靠，在实验过程中不会受到其他因素的影响，AUV与水下对接基站的在水中的姿态稳定，实验数据准确可靠。
参照附图4～5，本发明的AUV固定连接部分，包括第一刚性连接杆和横梁，均能进行角度的旋转实现AUV不同姿态的改变，从而实现AUV以不同攻角和不同侧滑角进行水下对接的实验，使得本发明AUV水下对接实验装置的应用范围更为广泛。
参照附图1～3，本发明的所有线路均密封在线路密封舱内部，保证整个实验装置的使用安全。
本发明的安装过程如下：
第一步：将六分力应变天平(8)通过法兰结构等紧固元件与第二刚性连接杆(11)一端连接在一起，同时将第一刚性连接杆(10)固定在横梁(5)上，并根据实验的要求调整第一刚性连接杆(10)的长度以及与横梁(5)的相对位置，同时调整第一刚性连接杆(10)与横梁(5)的旋转角度，实现对AUV以不同攻角和侧滑角进行水下对接实验测量的目的；使用起吊装置吊起横梁(5)，将六分力应变天平(8)通过法兰结构在AUV(6)的尾部，此时AUV(6)即稳定地固定在横梁(5)上，并将所有测量线路安装在线路密封舱(12)内。
本实施例中，第一刚性连接杆(10)通过轴承垂直连接在横梁(5)内部的滑块上，第一刚性连接杆(10)能够相对横梁(5)绕自身轴线转动；第一刚性连接杆(10)自身为长度可调杆结构；在横梁(5)内部有垂直于水池侧壁方向的滑道，滑道内安装有旋转轴，横梁(5)内部的滑块安装在旋转轴上，且滑块上还安装有锁紧螺钉，当锁紧螺钉松开时，滑块能够在旋转轴上沿旋转轴轴向移动，当锁紧螺钉锁紧时，滑块能够连同旋转轴共同转动。
第二步：采用起吊装置将安装有AUV(6)的横梁(5)放置在水池两侧导轨的行车轮(9)上，将六分力应变天平采集线通过数据传输线(2)与数据采集系统(1)连接，实现对数据的保存于处理，此时AUV(6)的安装和固定至此完成。
第三步：将水下对接基站(7)与四根第三刚性连接杆(13)进行固连，之后将悬臂梁(4)与第三刚性连接杆(13)的另一端进行固连，通过起吊装置将安装好的水下对接基站(7)吊放入水池(3)中，通过水池两侧内壁上的固定安装结构对悬臂梁(4)进行固定安装，实现对水下对接基站(7)的固定，至此完成了水下对接基站(7)的安装与固定。
第四步：打开数据采集系统(1)，检查实验数据是否安装正确，如果有错误，需重新安装AUV(6)，如果没有错误，即可进行水下对接实验的数据测量。
本发明的使用过程如下：
第一步：根据实验要求，以实验工况所需要的侧滑角和攻角安装AUV，检查数据采集系统是否正确使用，如出现问题，需重新安装AUV与六分力应变天平，并检查横梁是否能按照实验所需速度正常移动；
第二步：在所有部件和实验装置正常工作的情况下，打开数据采集系统的开关，按照实验所需的速度驱动横梁移动，进行AUV水下对接过程实验数据的采集；
第三步：重复该工况的实验过程，保存多组数据，提高实验的准确性与可靠性，在做完实验后，关闭导轨电源与数据采集系统电源，通过吊放装置对AUV的姿态进行调整，可重新开始AUV水下对接实验。
本发明基于水池实验室，提出一种AUV水下回收流体动力测试实验装置，其安装和拆卸简便，结构稳定可靠，使用方便。水下对接基站采用四根水下对接基站连接杆与悬臂梁相连，使得结构强度和稳定性大大提高，测量数据更为准确；本发明实验装置的应用范围较广，AUV(6)的姿态可通过第一刚性连接杆(10)与横梁(5)实现位置的改变和二自由度姿态调节。第一刚性连接杆可沿横梁轴线方向移动，同时第一刚性连接杆(10)可沿自身轴线方向伸缩，从而改变AUV的位置；第一刚性连接杆(10)可绕自身轴线进行旋转，横梁(5)的内部旋转轴可绕横梁的长度方向旋转，实现AUV以不同攻角和侧滑角进行水下对接相关实验数据的测量。因此本发明能实现AUV以不同速度、不同侧滑角和不同攻角进行水下对接的实验数据的测量，仅仅需要调节横梁的速度、横梁的角度和第一刚性连接杆的角度即可模拟AUV进行水下对接实验的不同状态，使得实验的过程较为简便。
本发明首先通过设置第一刚性连接杆(10)的长度与横梁(5)的位置改变AUV在对接过程中的位置，同时设定第二刚性连接杆(10)和横梁(5)内部旋转轴的旋转角度从而改变AUV(6)在水下对接过程中的姿态，之后通过改变行车轮(9)的速度来模拟AUV(6)在水下对接过程中的速度，最后打开数据显示与保存系统(1)的开关，采集AUV以不同位置、姿态和速度进入水下对接装置时的流体动力等相关实验数据，并通过数据传输线(2)保存在数据显示与保存系统(1)中，实现了对AUV水下对接过程中的流体动力等相关实验数据的准确测量。
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 (3)
1.一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置，其特征在于：包括水池(3)、水下对接基站(7)、AUV安装与移动系统、数据显示与保存系统(1)；
所述水下对接基站(7)通过多根第三刚性连接杆(13)固连在悬臂梁(4)上，两个悬臂梁(4)通过水池(3)上的锁紧机构固定在水池(3)的内壁上；水下对接基站(7)平行于水池(3)侧壁面；
所述AUV安装与移动系统包括AUV(6)、六分力应变天平(8)、第二刚性连接杆(11)、测量线路密封舱(12)、第一刚性连接杆(10)和横梁(5)；
所述横梁(5)横跨水池(3)，且横梁(5)两端通过行车轮(9)放置在水池两侧的导轨上，横梁(5)能够沿水池两侧导轨移动；第一刚性连接杆(10)一端连接在横梁(5)上，另一端固定连接测量线路密封舱(12)；测量线路密封舱(12)前端与第二刚性连接杆(11)一端固定连接，第二刚性连接杆(11)另一端与六分力应变天平(8)固定连接，六分力应变天平(8)通过法兰结构安装在AUV(6)的尾部；第二刚性连接杆(11)与AUV(6)轴线重合；
所述数据显示与保存系统(1)通过数据传输线(2)与六分力应变天平(8)实现信号传输；
所述第一刚性连接杆(10)通过轴承垂直连接在横梁(5)内部的滑块上，第一刚性连接杆(10)能够相对横梁(5)绕自身轴线转动；所述第一刚性连接杆(10)自身为长度可调杆结构；在横梁(5)内部有垂直于水池侧壁方向的滑道，滑道内安装有旋转轴，横梁(5)内部的滑块安装在旋转轴上，且滑块上还安装有锁定装置，当锁定装置打开时，滑块能够在旋转轴上沿旋转轴轴向移动，当锁定装置锁紧时，滑块能够连同旋转轴共同转动。
2.根据权利要求1所述一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置，其特征在于：所述水池(3)为长条形水池。
3.根据权利要求1所述一种应用于水池实验室的AUV水下回收流体动力测试实验装置，其特征在于：横梁(5)内部滑块与旋转轴之间的锁定装置采用锁紧螺钉结构。
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