CN108593256B - 一种用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，包括拖车载体、垂荡激励控制设备，所述拖车载体位于水槽轨道上部，所述拖车载体的上部设置有承载上部结构的铝板，所述铝板的上部设置有所述垂荡激励控制设备；所述拖车载体包括拖车框架、车轮、导正轮、支腿；所述垂荡激励控制设备包括伺服电机控制器、伺服电机、减速机、牵引线、槽轮和轴承座。本发明的有益效果是可以通过伺服电机控制器控制电机的转速和正反转周期，从而控制槽轮上所缠绕牵引线的收放情况，最终实现对水下滑翔机的垂荡运动的激励。
Description
技术领域
本发明属于船舶与海洋工程领域领域，涉及一种水槽水池实验室试验设备，尤其是一种用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备。
背景技术
船舶与海洋工程结构物水动力性能试验主要依靠水池和水槽来进行。目前的水池和水槽试验设备可以满足传统船舶与海洋工程结构物的水动力试验要求，但是对于新出现的海洋航行器，尤其是波浪滑翔机，不能够满足其试验要求。因波浪滑翔机由水下和水面两部分组成，在对水下部分进行水动力性能试验时拖车设备无法提供母船对水下滑翔机的升沉力以及运动作用，不能模拟水面母船由于波浪的作用而产生的对水下滑翔机的提升作用情况；同时水槽试验也会因波浪滑翔机和水槽的尺度问题，而无法消除水面波浪以及水面母船对水下部分的试验干扰。在实际海况中，水面的波浪几乎不会对水下部分产生作用，因为水面母船与水下部分之间的距离已经大于水面波浪能够影响的距离。
目前，波浪滑翔机国内研究的人不多，也尚未发现同类试验设备。如果直接将整体模型进行试验，不能够消除波浪对水下部分的影响，而在实际海上工作时，水面波浪不会影响水下部分的运动性能。一些研究机构可能将水下部分安装固定在拖车上进行水下部分水翼的水动力性能分析，但是这样的话就将整体分成了两部分，不能够反应两者之间的相互作用。
所以目前需要一种新型试验设备来消除航行器在进行水槽试验时水面波浪对水下部分的影响，同时能够模拟水面母船对水下滑翔机的垂荡作用，进而能够更加准确、真实的对波浪滑翔机进行模拟实验，实现对滑翔机水下部分的水动力性能研究。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是，由于水越深水面波浪影响越小，所以要解决由于水池和波浪滑翔机尺度问题而造成的水面波浪对水下部分的影响，可以在不制造波浪的情况下进行试验；并且在实验室不能够解决尺度问题的情况下，用等效替代的方法模拟水面母船与水下部分的作用情况，进而研究波浪滑翔机的运动性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，包括拖车载体、垂荡激励控制设备，所述拖车载体位于水槽轨道上部，所述拖车载体的上部设置有承载上部结构的铝板，所述铝板的上部设置有所述垂荡激励控制设备；
所述拖车载体包括拖车框架、车轮、导正轮、支腿，所述拖车框架包括拖车框架纵骨和拖车框架横梁，所述拖车框架的两侧的下部设置有四个所述支腿，所述支腿靠近水槽壁的一侧均通过导正轮架安装有所述导正轮，所述拖车框架的两侧下部位于所述水槽壁的正上方设置有两排共四个所述车轮；
所述垂荡激励控制设备包括伺服电机控制器、伺服电机、减速机、牵引线、槽轮和轴承座，所述伺服电机的信号输入线与所述伺服电机控制器的信号输出线相连，所述伺服电机的输出轴与所述减速机的输入端相连，所述减速机的输出轴通过联轴器与轴相连，并且所述伺服电机的输出轴、所述减速机的输入输出轴与所述轴的轴心在同一条直线上，所述轴通过两个所述轴承座设置于所述铝板上，所述槽轮安装于所述轴上，位置为所述两个轴承座的中点处，牵引孔设置于所述槽轮的切线方向，用于通过连接下部设备的所述牵引线，所述牵引线绕于所述槽轮的槽中，所述伺服电机控制器设置于所述铝板上相对于所述伺服电机的另一侧。
进一步地，所述拖车框架的长度至少与所述水槽两侧外壁的距离相同。
进一步地，所述拖车框架纵骨至少有两根，所述拖车框架横梁有若干根。
进一步地，所述铝板与所述拖车框架上部平面的尺寸相同，所述铝板与所述拖车框架通过螺栓螺母相连，所述铝板可以用其他强度高、质量轻的板材代替。
进一步地，所述导正轮安装于所述拖车框架两端下部所述支腿的外侧和所述水槽轨道的内侧，所述导正轮与所述水槽轨道或者水槽壁滚动接触。
进一步地，所述每个车轮都是通过所述车轮架与所述拖车框架的下部连接，所述车轮与所述水槽壁的上部接触。
进一步地，所述车轮为摩擦较小的静音车轮，材质为尼龙材质，横向尺寸不大于所述水槽轨道的宽度。
进一步地，所述支腿与拖车框架的连接采用角件的型式通过螺栓螺母完成。
进一步地，所述导正轮为摩擦较小的静音车轮，材质为尼龙材质。
进一步地，所述轴承座安装于所述拖车框架横梁上。
本发明的有益效果是可以通过伺服电机控制器控制电机的转速和正反转周期，从而控制槽轮上所缠绕牵引线的收放情况，最终实现对水下滑翔机的垂荡运动的激励。该设备采用的车轮摩擦较小，相比水下滑翔机对小车的牵引力可以忽略不计；在水槽试验时，不需要造波便可以通过垂荡激励试验小车模拟上部母船由于波浪作用而产生的对于水下滑翔机的垂向牵引力，可以避免因水槽的尺度问题而产生的波浪对水下滑翔机的运动干扰，能够单独的研究水下波浪滑翔机的动力性能。该设备采用导正轮结构，不仅能够保证小车行驶的稳定性，而且在行驶过程中与水槽内壁不断摩擦，使得内壁更加光滑。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的整体结构示意图；
图2是本发明的一个较佳实施例的结构底视图；
图3是本发明的一个较佳实施例的两侧车轮与导正轮局部示意图；
图中：1、拖车框架纵骨，2、铝板，3、伺服电机，4、拖车框架横梁，5、车轮架，6、车轮，7、减速机，8、联轴器，9、轴，10、槽轮，11、轴承座，12、伺服电机控制器，13、支腿，14、水槽壁，15、导正轮，16、导正轮架，17、牵引孔。
具体实施方式
本发明提供了一种用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，是一辆垂荡激励试验小车。该小车采用导正轮结构，不仅能够保证小车行驶的稳定性，而且在行驶过程中与水槽内壁不断摩擦，使得内壁更加光滑。
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例一
该垂荡激励试验小车，包括拖车框架纵骨1和拖车框架横梁4，由拖车框架纵骨1和拖车框架横梁4组成的拖车框架上设置有承载上部结构的铝板2，铝板2的上部设置有垂荡激励控制设备。该垂荡激励控制设备主要包括伺服电机3和减速机7，伺服电机3的信号输入线与伺服电机控制器12的信号输出线相连，伺服电机3的输出轴与减速机7的输入端相连，减速机7的输出轴通过联轴器8与轴9相连，并且伺服电机3的输出轴、减速机7的输入输出轴与轴9的轴心在同一条直线上，轴9通过2个轴承座11设置于拖车框架的铝板2上，槽轮10安装于轴9上，位置为2个轴承座11的中点处，以保证两端受力均匀，牵引孔17设置于槽轮10的切线方向，用于通过连接下部设备的牵引线，伺服电机控制器12设置于相对于伺服电机3另一侧的铝板2上，以保证小车上部设备的质量均匀分布。由拖车框架纵骨1和拖车框架横梁4组成的拖车框架两侧的下部设置有4个支腿13，支腿13靠近水槽壁14的一侧均通过导正轮架16安装有导正轮15，用来保证拖车运行的稳定性，拖车框架的两侧下部位于水槽壁14的正上方设置有两排共4个车轮6，每排各有两个车轮6，每个车轮6都是通过车轮架5与拖车框架的下部连接，车轮6与水槽壁14的上部接触。
实施例二
拖车框架横梁4的数量可以根据上部承载设备重量的变化而增加和减少数量，当所需要牵引的下部设备重量比较大时，2个轴承座11应当安装于拖车框架横梁4的正上方以保证铝板2不会变形，提供足够的支持力，伺服电机3的转矩与减速机7的传动比根据下部牵引设备的拉力与槽轮10的半径而决定，伺服电机控制器12根据伺服电机3而决定，能够实现伺服电机3的转速和正反转周期的调节。
实施例三
支腿13也可以设置为沿拖车纵骨1可以弹性移动的结构，因为不同的试验水槽的上部宽度可能会沿水槽长度的方向不恒定，即不同位置水槽宽度略有变化，所以将支腿13设置成弹性结构可以使得导正轮15永远贴合水槽壁14稳定运行，当这种情况出现时，车轮6的宽度也不应太窄。
本发明工作时，将本发明放置于水槽壁14上，调节支腿13的位置使得导正轮15与水槽壁14相接触，把下部所需要进行试验的设备的牵引线缠绕于槽轮10的槽中，根据试验设备所需要实现的垂荡周期和位移，通过牵引线的拉力、槽轮10的半径、减速机7的传动比等计算得到伺服电机3所需要实现的转动参数，然后通过伺服电机控制器12设定好伺服电机3的运动参数，包括伺服电机3的转速和正反转的周期，通过伺服电机3的周期来模拟波浪的作用周期。槽轮10便会转动进而实现试验设备的垂荡激励。减速机7的作用是突破伺服电机3的最大转矩的限制，增大输出转矩，传动比根据伺服电机3的额定转矩和最大的载荷转矩确定。
特别的，对于波浪滑翔机的水下部分进行试验时，水下设备会对试验小车有前进方向的拉力，由于车轮的摩擦很小，相对于拉力可以忽略不计，所以试验小车会随着试验设备前进，从而通过试验小车垂荡激励模拟在波浪作用下水面母船对水下设备的作用情况，该设备主要用来研究水下部分的运动性能。
该垂荡激励试验小车的车体可以采用铝型材组装，以方便调节支腿13的纵向位置，也可以采用焊接好的钢架。如果水槽的外壁比较光滑，也可以将支柱13和导正轮15设置于水槽的外侧。还可以将槽轮10换成摇杆机构来实现对水下部分的周期性牵引。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，其特征在于，包括拖车载体、垂荡激励控制设备，所述拖车载体位于水槽轨道上部，所述拖车载体的上部设置有承载上部结构的铝板，所述铝板的上部设置有所述垂荡激励控制设备；
所述拖车载体包括拖车框架、车轮、导正轮、支腿，所述拖车框架包括拖车框架纵骨和拖车框架横梁，所述拖车框架的两侧的下部设置有四个所述支腿，所述支腿靠近水槽壁的一侧均通过导正轮架安装有所述导正轮，所述拖车框架的两侧下部位于所述水槽壁的正上方设置有两排共四个所述车轮，每个所述车轮都是通过所述车轮架与所述拖车框架的下部连接，所述车轮与所述水槽壁的上部接触；所述导正轮安装于所述拖车框架两端下部所述支腿的外侧和所述水槽轨道的内侧，所述导正轮与所述水槽轨道或者水槽壁滚动接触；
所述垂荡激励控制设备包括伺服电机控制器、伺服电机、减速机、牵引线、槽轮和轴承座，所述伺服电机的信号输入线与所述伺服电机控制器的信号输出线相连，所述伺服电机的输出轴与所述减速机的输入端相连，所述减速机的输出轴通过联轴器与轴相连，并且所述伺服电机的输出轴、所述减速机的输入输出轴与所述轴的轴心在同一条直线上，所述轴通过两个所述轴承座设置于所述铝板上，所述槽轮安装于所述轴上，位置为所述两个轴承座的中点处，牵引孔设置于所述槽轮的切线方向，用于通过连接下部设备的所述牵引线，所述牵引线绕于所述槽轮的槽中，所述伺服电机控制器设置于所述铝板上相对于所述伺服电机的另一侧；
波浪滑翔机的水下部分进行试验时，水下设备会对拖车有前进方向的拉力，拖车随着试验设备前进，从而通过拖车垂荡激励模拟在波浪作用下水面母船对水下设备的作用。
2.如权利要求1所述的用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，其特征在于，所述拖车框架的长度至少与所述水槽两侧外壁的距离相同。
3.如权利要求1所述的用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，其特征在于，所述拖车框架纵骨至少有两根，所述拖车框架横梁有若干根。
4.如权利要求1所述的用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，其特征在于，所述铝板与所述拖车框架上部平面的尺寸相同，所述铝板与所述拖车框架通过螺栓螺母相连，所述铝板可以用其他强度高、质量轻的板材代替。
5.如权利要求1所述的用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，其特征在于，所述车轮为摩擦较小的静音车轮，材质为尼龙材质，横向尺寸不大于所述水槽轨道的宽度。
6.如权利要求1所述的用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，其特征在于，所述支腿与拖车框架的连接采用角件的型式通过螺栓螺母完成。
7.如权利要求1所述的用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，其特征在于，所述导正轮为摩擦较小的静音车轮，材质为尼龙材质。
8.如权利要求1所述的用于研究波浪滑翔机运动性能的垂荡激励试验设备，其特征在于，所述轴承座安装于所述拖车框架横梁上。
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| 波浪滑翔机弹性水翼性能模型试验;周润婕;《实验研究与探索》;20200131;全文 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108593256A (zh) | 2018-09-28 |
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