CN109470447A - 一种摆线推进器试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种摆线推进器试验装置，包括船体平台，船体平台的正下方平行船底板，船体平台上设有第一电机，第一电机的下端面与第一电机轴同轴连接，第一电机轴自上而下依次套设有第一连接件、转速传感器以及第一转矩传感器，第一连接件上端面的两端均设有推力感应器，第一电机轴的底部与嵌设于船底板内的转动圆盘固定连接，转动圆盘的上方等间距设有若干第二电机，若干第二电机的下端面均通过第二连接件与转动圆盘固定连接，若干第二电机的下端面中心处均与第二电机轴同轴连接，若干第二电机轴均自上而下依次套设有角度传感器和第二转矩传感器，若干第二电机轴的底部均与叶片轮固定连接；本发明具有结构可靠、运行稳定、运动模拟及测量精度高等优点。

Description

一种摆线推进器试验装置

技术领域

本发明涉及一种摆线推进器试验装置，尤其涉及一种用于摆线推进器模型的水动力性能测试方法。

背景技术

摆线推进器是一种特种船用推进器，兼有推进和操纵的功能，由一组向下伸出船体并与船体表面相垂直的叶片组成，叶片的剖面一般是机翼形式；在推进器运行过程中，叶片围绕位于旋转平面中心并垂直于旋转平面的轴线公转，同时整体随船进行直线运动，在大地坐标系下，叶片的运动轨迹是摆线；叶片在公转的同时，受到偏心机构的作用，以一定的规律围绕沿着过剖面弦长中点平行于展向的轴线自转；旋转平面内存在一个控制点，在叶片自转的过程中，机翼剖面的鼻尾线与控制点到鼻尾线中点的连线垂直，随着控制点位置的变化，所有叶片的合力可以朝向水平面360°范围内的任意方向，因此同时具备推进和操纵的功能，并具有减小船舶摇荡的效果；从叶片运行轨迹的角度，该推进器被称为摆线推进器；从叶片外形的角度，也被称为直翼推进器；摆线推进器的优点是操纵性能优异，缺点是推进效率较低、机械结构复杂、桨叶易与异物相碰而损坏等。

摆线推进器的偏心率是控制点到旋转中心的距离与公转半径之比，其实船应用一般是采用偏心轮连杆机构或齿轮机构来对偏心率和偏心方向进行控制；在摆线推进器的设计阶段，往往采用缩比模型，应用模型试验的方法对摆线推进器的水动力性能进行测试；常规的摆线推进器模型试验方法是采用偏心轮连杆机构或齿轮机构实现对推进器的驱动，转矩的测量包含了机械装置的部分，由于模型尺度和实船尺度机械构造的差异以及安装配合等因素，使得难以将模型尺度下机械装置的转矩换算到实船尺度，所以转矩无法直接测量是现有测试方法的一个缺点。

综上，现有摆线推进器的水动力性能模型测试普遍存在以下问题：1.推进器的转矩难以直接测量；2.摆线推进器叶片运动控制精度不高。

因此，在现有摆线推进器模型的水动力性能测试中，实现转矩的直接测量以及提高叶片运动控制精度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决现有摆线推进器模型的水动力性能测试，难以将模型尺度机械装置的转矩换算到实船尺度以及摆线推进器叶片运动控制精度不高等问题，提供了用于摆线推进器模型水动力测试的试验装置以及测试方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

提供了一种摆线推进器试验装置，包括船体2和设置于所述船体2内的船体平台1，所述船体平台1上嵌设有第一电机3，其特征在于，所述第一电机3的第一电机轴4上自上而下依次套设有第一连接件5、转速传感器6以及第一转矩传感器7，所述第一连接件5上端面设有若干推力感应器8；所述船体2的底板上活动嵌设有转动圆盘10，所述转动圆盘10与所述第一电机轴4的下端固定连接，所述转动圆盘10的下端面等距设置有若干转动桨15，所述转动桨15的上端穿过所述转动圆盘10与固定在所述转动圆盘10上端面的若干第二电机11的第二电机轴12连接；所述第二电机轴12上自上而下依次套设有角度传感器13和第二转矩传感器14；所述转速传感器6、第一转矩传感器7、若干推力感应器8、角度传感器13以及第二转矩传感器14分别与数据处理终端连接并将数据传输至所述数据处理终端，并将所述数据进行处理后与理论值之差作为修正值，将所述修正值反馈到下一时刻的所述第一电机3和第二电机11实现高精度运动相似。

进一步地，若干所述第二电机11通过第二连接件16固定在所述转动圆盘10的上端面。

进一步地，若所述干第二连接件16上端面均开设通孔17，所述第二电机轴12穿过所述通孔17。

进一步地，所述转动圆盘10的上端面开设有若干圆孔，若干所述圆孔与若干所述第二电机11一一对应。

进一步地，若干所述圆孔内均设有第二法兰9，所述第二法兰9与所述圆孔之间无接触，若干所述第二电机轴12的下端通过所述第二法兰9与所述转动桨15连接。

进一步地，若干所述第二法兰9与若干所述圆孔之间间距0-3mm。

进一步地，所述转动圆盘10与所述船底板2之间无接触，所述转动圆盘10与所述船底板2之间的间隙为0-5mm。

进一步地，所述第一电机轴4的底部与活动嵌设于所述船底板2内的转动圆盘10通过第一法兰18固定连接。

进一步地，所述转动桨15包括若干叶片，若干所述叶片的数量为2-6个，若干所述转动桨15的直径大于160mm，若干所述叶片的展长均小于600mm。

进一步地，所述转动圆盘10与所述船底板2之间采用机械密封处理，所述第二法兰9与所述圆孔之间采用机械密封处理。

本发明应用于实船的摆线推进器，是通过机械装置调整控制点的位置，实现推力方向的改变；在水动力模型试验中，叶片的运动是公转和自转的叠加，在满足几何相似的前提下，应用伺服电机实现叶片公转和自转运动的精准控制，使摆线推进器模型按照设定的规律运转，从而实现运动相似；采用力传感器测量整个推进器推力的大小和方向，采用动力仪直接测量摆线推进器的转矩以及每个叶片的转矩，不含机械装置部分；通过设置适当的采样频率，获取特征物理量的时历及其均值，从而得到摆线推进器模型在给定工况下的水动力性能；在伺服电机驱动的过程中，由于电机自身的转速存在误差，会使摆线推进器的转速及其螺距角产生一定误差；在本专利中，利用高精度转速传感器以及单圈绝对值角度传感器对转速和螺距角进行测量，将理论值和测量值之差作为修正量，反馈到下一个时刻的电机转速控制信号中，从而实现高精度的运动相似。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明提供的用于摆线推进器水动力测试的试验模型，装置主要包括固定于船体的平台、电机、电机、推力传感器、转速传感器、角度传感器、转矩传感器1、转矩传感器、连接件、转动圆盘、叶片等部分。所有部件均以船体为安装和测试平台。

本发明针对确定的工况，在满足摆线推进器湿表面几何相似的条件下，实现叶片的运动相似，具备直接测量单个叶片的转矩以及整体推进器的推力与转矩的功能，具有结构可靠、运行稳定、运动模拟及水动力测量精度高等特点，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明摆线推进器试验装置的结构示意图；

图2为本发明摆线推进器试验装置的A-A剖面图；

图3为本发明摆线推进器试验装置的B-B剖面图；

其中，各附图标记为：

1-船体平台，2-船底板，3-第一电机，4-第一电机轴，5-第一连接件，6-转速传感器，7-第一转矩传感器，8-推力感应器，9-第二法兰，10-转动圆盘，11-第二电机，12-第二电机轴，13-角度传感器，14-第二转矩传感器，15-叶片轮，16-第二连接件，17-通孔，18-第一法兰。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

本实施例提供提供了一种摆线推进器试验装置，如图1-3所示，包括船体2和设置于船体2内的船体平台1，船体平台1上嵌设有第一电机3第一电机3的第一电机轴4上自上而下依次套设有第一连接件5、转速传感器6以及第一转矩传感器7，第一连接件5上端面设有若干推力感应器8；船体2的底板上活动嵌设有转动圆盘10，转动圆盘10与第一电机轴4的下端固定连接，转动圆盘10的下端面等距设置有若干转动桨15，转动桨15的上端穿过转动圆盘10与固定在转动圆盘10上端面的若干第二电机11的第二电机轴12连接；第二电机轴12上自上而下依次套设有角度传感器13和第二转矩传感器14；转速传感器6、第一转矩传感器7、若干推力感应器8、角度传感器13以及第二转矩传感器14分别与数据处理终端连接并将数据传输至数据处理终端，并将数据进行处理后与理论值之差作为修正值，将修正值反馈到下一时刻的第一电机3和第二电机11实现高精度运动相似。

本实施例的一方面，如图1所示，若干第二电机11通过第二连接件16固定在转动圆盘10的上端面

本实施例的一方面，如图1所示，若干第二连接件16上端面均开设通孔17，第二电机轴12穿过通孔17。

本实施例的一方面，如图1所示，转动圆盘10的上端面开设有若干圆孔，若干圆孔与若干第二电机11一一对应。

本实施例的一方面，如图1所示，若干圆孔内均设有第二法兰9，第二法兰9与圆孔之间无接触，若干第二电机轴12的下端通过第二法兰9与转动桨15连接。

本实施例的一方面，如图1所示，若干第二法兰9与若干圆孔之间间距0-3mm。

本实施例的一方面，如图1所示，转动圆盘10与船底板2之间无接触，转动圆盘10与船底板2之间的间隙为0-5mm。

本实施例的一方面，如图1所示，第一电机轴4的底部与活动嵌设于船底板2内的转动圆盘10通过第一法兰18固定连接。

本实施例的一方面，如图1所示，转动桨15包括若干叶片，若干叶片的数量为2-6个，若干转动桨15的直径大于160mm，若干叶片的展长均小于600mm。

本实施例的一方面，如图1所示，转动圆盘10与船底板2之间采用机械密封处理，第二法兰9与圆孔之间采用机械密封处理。

本发明摆线推进器试验装置针对现有摆线推进器模型的的水动力性能测试中，推进器的转矩难以直接测量以及摆线推进器叶片运动控制精度不高等问题，本发明针对确定的工况，在满足摆线推进器湿表面几何相似的条件下，实现叶片的运动相似，具备直接测量单个叶片的转矩以及整体推进器的推力与转矩的功能，具有结构可靠、运行稳定、运动模拟及水动力测量精度高等特点，应用前景广阔。

以上对本发明摆线推进器试验装置的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种摆线推进器试验装置，包括船体(2)和设置于所述船体(2)内的船体平台(1)，所述船体平台(1)上嵌设有第一电机(3)，其特征在于，所述第一电机(3)的第一电机轴(4)上自上而下依次套设有第一连接件(5)、转速传感器(6)以及第一转矩传感器(7)，所述第一连接件(5)上端面设有若干推力感应器(8)；所述船体(2)的底板上活动嵌设有转动圆盘(10)，所述转动圆盘(10)与所述第一电机轴(4)的下端固定连接，所述转动圆盘(10)的下端面等距设置有若干转动桨(15)，所述转动桨(15)的上端穿过所述转动圆盘(10)与固定在所述转动圆盘(10)上端面的若干第二电机(11)的第二电机轴(12)连接；所述第二电机轴(12)上自上而下依次套设有角度传感器(13)和第二转矩传感器(14)；所述转速传感器(6)、第一转矩传感器(7)、若干推力感应器(8)、角度传感器(13)以及第二转矩传感器(14)分别与数据处理终端连接并将数据传输至所述数据处理终端，并将所述数据进行处理后与理论值之差作为修正值，将所述修正值反馈到下一时刻的所述第一电机(3)和第二电机(11)实现高精度运动相似。

2.根据权利要求1所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，若干所述第二电机(11)通过第二连接件(16)固定在所述转动圆盘(10)的上端面。

3.根据权利要求2所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，若所述干第二连接件(16)上端面均开设通孔(17)，所述第二电机轴(12)穿过所述通孔(17)。

4.根据权利要求1所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，所述转动圆盘(10)的上端面开设有若干圆孔，若干所述圆孔与若干所述第二电机(11)一一对应。

5.根据权利要求2所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，若干所述圆孔内均设有第二法兰(9)，所述第二法兰(9)与所述圆孔之间无接触，若干所述第二电机轴(12)的下端通过所述第二法兰(9)与所述转动桨(15)连接。

6.根据权利要求4所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，若干所述第二法兰(9)与若干所述圆孔之间间距0-3mm。

7.根据权利要求1所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，所述转动圆盘(10)与所述船底板(2)之间无接触，所述转动圆盘(10)与所述船底板(2)之间的间隙为0-5mm。

8.根据权利要求1所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，所述第一电机轴(4)的底部与活动嵌设于所述船底板(2)内的转动圆盘(10)通过第一法兰(18)固定连接。

9.根据权利要求1所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，所述转动桨(15)包括若干叶片，若干所述叶片的数量为2-6个，若干所述转动桨(15)的直径大于160mm，若干所述叶片的展长均小于600mm。

10.根据权利要求1或4所述的摆线推进器试验装置，其特征在于，所述转动圆盘(10)与所述船底板(2)之间采用机械密封处理，所述第二法兰(9)与所述圆孔之间采用机械密封处理。