CN110118641A - 悬臂式绞车拖曳水动力测量系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了悬臂式绞车拖曳水动力测量系统及方法，包括固定平台，所述固定平台上固定有轨道机构，所述轨道机构上设有与所述轨道机构相配合的拖拽小车，所述固定平台上还固定有驱动所述拖拽小车沿所述轨道机构运动的驱动装置，所述驱动装置上设有可得到所述拖拽小车运动速度的测速装置；所述拖拽小车的顶部固定有悬臂，悬臂的一端通过转动轴承组件与连接杆的顶端连接，所述连接杆的底端通过连接法兰与可拆卸杆的顶端固定连接，所述可拆卸杆的底端与水下潜体模型固定连接；所述连接杆上设有力传感器。本发明采用悬臂式拖曳小车，悬臂结构减少了壁面效应，在水池投影面积小，便于同时开展其他试验，占地面积小，在试验完成后可以拆卸，节约空间。

Description

悬臂式绞车拖曳水动力测量系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种水动力测量系统及测量方法，具体地说是一种悬臂式绞车拖曳水动力测量系统及其测量方法。

背景技术

随着海洋经济不断发展，需要水下工程作业项目增多，作业水深不断增加，水下机器人(ROV)、自治机器人(AUV)等水下潜体因其可以在深海代替人类完成观测与工程任务而不断发展，对水下潜体的研究也在不断进行，水下潜体水动力特性便是其中重要的一部分。

水下潜体水动力特性是水下潜体控制的基础。为了在设计阶段得到水下潜体水动力特性，常使用拖曳水池对水下潜体模型进行拖曳试验。传统拖曳试验常使用船舶拖曳试验的拖曳水池，其建设成本高，占地面积大，安装不便，并不是专门为测量水下潜体水动力特性而设计，安装完成后往往是永久布置，不可拆卸。一些水池周边空间紧张的多用途试验水池需要一种可拆卸式的拖曳试验台。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种悬臂式绞车拖曳水动力测量系统及其测量方法。

本发明采用的技术手段如下：

悬臂式绞车拖曳水动力测量系统，包括固定平台，所述固定平台上沿所述固定平台的长度方向固定有轨道机构，所述轨道机构上设有与所述轨道机构相配合的拖拽小车，所述固定平台上还固定有驱动所述拖拽小车沿所述轨道机构运动的驱动装置，所述驱动装置上设有可得到所述拖拽小车运动速度的测速装置；

所述拖拽小车的顶部固定有悬臂，所述悬臂的延伸方向垂直于所述轨道机构的延伸方向，所述悬臂的一端的底部固定有横梁，所述横梁的延伸方向与所述轨道机构的延伸方向平行；

所述横梁的一端通过转动轴承组件与连接杆的顶端连接，所述转动轴承组件的轴线与所述悬臂的延伸方向平行，所述连接杆的底端通过连接法兰与可拆卸杆的顶端固定连接，所述可拆卸杆的底端与水下潜体模型通过螺栓固定连接；可拆卸杆可以更换，改变可拆卸杆长度，以便使水下潜体模型在合适的深度运动，减少行波阻力。所述横梁的另一端固定有纵梁，所述纵梁的底部固定有连接轴承组件Ⅰ，所述连接轴承组件Ⅰ所正对的连接杆上固定有连接轴承组件Ⅱ，所述连接轴承组件Ⅰ和所述连接轴承组件Ⅱ的轴线均与所述悬臂的延伸方向平行，且连接轴承组件Ⅰ与连接轴承组件Ⅱ之间固定有力传感器。当水下潜体模型受力，力沿可拆卸杆传导到连接杆，使所述连接杆围绕所述转动轴承组件转动，力再通过所述连接轴承连接件Ⅰ和连接轴承组件Ⅱ传导到所述力传感器，所述力传感器受到拉伸或压缩，测量所受力。

所述轨道机构包括正向轨道、反向轨道和用于支撑所述正向轨道和所述反向轨道的多个可拆卸桩；所述可拆卸桩通过螺栓与所述固定平台固定连接；所述可拆卸桩靠近所述水下潜体模型的一侧设有正向轨道固定板，所述可拆卸桩远离所述水下潜体模型的一侧设有反向轨道固定板，且所述正向轨道固定板与所述固定平台之间的距离大于所述反向轨道固定板与所述固定平台之间的距离；所述正向轨道的底部与所述正向轨道固定板的上表面固定连接，且所述正向轨道的顶部设有顶部轨道，所述正向轨道的两侧侧壁分别设有侧面轨道；所述反向轨道的顶部与所述反向轨道固定板的下表面固定连接，且所述反向轨道包括底部轨道；所述拖拽小车的底部靠近所述水下潜体模型的一侧固定有与所述顶部轨道相配合的正向行走轮和与所述侧面轨道相配合的水平轮；所述拖拽小车的底部远离所述水下潜体模型的一侧固定有与所述底部轨道相配合的反向行走轮。如此设置正向轨道和反向轨道可以平衡拖曳小车受到的倾覆力矩。且可拆卸桩通过螺栓与固定平台的连接能实现可拆卸桩的快速拆卸。所述水平轮可以平衡在测量水下潜体水动力时受到的扭转力矩，并防止拖曳小车脱轨。

所述悬臂远离所述水下潜体模型的一端上设有配重平台，所述配重平台上设有配重。

所述驱动装置包括固定在所述轨道机构一端的绞车，所述绞车通过地脚螺栓与所述固定平台固定连接，所述轨道机构远离所述绞车的一端固定有支撑架，所述支撑架靠近所述绞车的一端上固定有定滑轮；

钢丝绳的一端与所述拖拽小车靠近所述绞车的一侧固定连接，且所述钢丝绳的另一端与所述绞车的卷筒缠绕后经过所述定滑轮与所述拖拽小车远离所述绞车的一侧固定连接。

所述绞车连接有变频器。通过改变变频器频率使绞车进行匀速与匀加速转动，进而带动拖曳小车完成匀速与匀加速运动。

所述卷筒同轴焊接有传导杆，所述测速装置为编码器，所述编码器通过联轴器与所述传导杆连接。

悬臂式绞车拖曳水动力测量方法，包括以下步骤：

S1、将所述悬臂式绞车拖曳水动力测量系统中的所述水下潜体模型置入水中；

S2、在所述变频器上设定好预定速度或加速度；

S3、运行所述绞车，通过所述编码器测量所述卷筒的转动速度，进而得到所述拖拽小车的运行速度，通过所述力传感器测量所述水下潜体模型置的受力值；

S4、将水下潜体模型从所述可拆卸杆底部拆卸；

S5、在不改变所述变频器参数的情况下重新运行所述绞车，通过所述力传感器重新测得一组新的受力值；

S6、将所述新的受力值与所述受力值相减，得到所述水下潜体模型在此速度或加速度下所受到的水动力。

本发明的一种悬臂式绞车拖曳水动力测量系统及其测量方法，采用悬臂式拖曳小车，悬臂结构减少了壁面效应，在水池投影面积小，便于同时开展其他试验，占地面积小，在试验完成后可以拆卸，节约试验水池空间。

本发明可拆卸杆方便更换可以更换不同长度的可拆卸杆，使水下潜体模型在合适的水深运动，减少了行波阻力。

本发明进行两次测量后的数据的差值才为所测得水动力，减少了试验误差。

本发明使用绞车拖曳，变频器控制速度，便于操作，易于控制。

本发明结构设计合理，原理简单，操作快捷明了，适合水下潜体水动力测量。

基于上述理由本发明可在水动力测量等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1和实施例2中悬臂式绞车拖曳水动力测量系统结构示意图。

图2是本发明实施例1和实施例2中轨道机构结构示意图。

图中：1、固定平台；2、轨道机构；21、正向轨道；211、顶部轨道；212、侧面轨道；22、反向轨道；221、底部轨道；23、可拆卸桩；24、正向轨道固定板；25、反向轨道固定板；3、拖拽小车；31、正向行走轮；32、水平轮；33、反向行走轮；4、驱动装置；41、绞车；42、支撑架；43、定滑轮；44、钢丝绳；45、卷筒；46、变频器；47、传导杆47；5、测速装置；51、编码器；6、悬臂；61、横梁；62、转动轴承组件；63、连接杆；64、连接法兰；65、可拆卸杆；66、纵梁；67、连接轴承组件Ⅰ；68、连接轴承组件Ⅱ；69、配重平台；691、配重；7、水下潜体模型；8、力传感器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图2所示，悬臂式绞车拖曳水动力测量系统，包括固定平台1，所述固定平台1上沿所述固定平台1的长度方向固定有轨道机构2，所述轨道机构2上设有与所述轨道机构2相配合的拖拽小车3，所述固定平台1上还固定有驱动所述拖拽小车3沿所述轨道机构2运动的驱动装置4，所述驱动装置4上设有可得到所述拖拽小车运动速度的测速装置5；

所述拖拽小车3的顶部固定有悬臂6，所述悬臂6的延伸方向垂直于所述轨道机构2的延伸方向，所述悬臂6的一端的底部固定有横梁61，所述横梁的延伸方向与所述轨道机构2的延伸方向平行；

所述横梁61的一端通过转动轴承组件62与连接杆63的顶端连接，所述转动轴承组件62的轴线与所述悬臂6的延伸方向平行，所述连接杆63的底端通过连接法兰64与可拆卸杆65的顶端固定连接，所述可拆卸杆65的底端与水下潜体模型7通过螺栓固定连接；可拆卸杆65可以更换，改变可拆卸杆65长度，以便使水下潜体模型7在合适的深度运动，减少行波阻力。所述横梁61的另一端固定有纵梁66，所述纵梁66的底部固定有连接轴承组件Ⅰ67，所述连接轴承组件Ⅰ67所正对的连接杆63上固定有连接轴承组件Ⅱ68，所述连接轴承组件Ⅰ67和所述连接轴承组件Ⅱ68的轴线均与所述悬臂6的延伸方向平行，且连接轴承组件Ⅰ67与连接轴承组件Ⅱ68之间固定有力传感器8。当水下潜体模型7受力，力沿可拆卸杆65传导到连接杆63，使所述连接杆63围绕所述转动轴承组62件转动，力再通过所述连接轴承连接件Ⅰ67和连接轴承组件Ⅱ68传导到所述力传感器8，所述力传感器8受到拉伸或压缩，测量所受力。

所述轨道机构2包括正向轨道21、反向轨道22和用于支撑所述正向轨道21和所述反向轨道22的多个可拆卸桩23；所述可拆卸桩23通过螺栓与所述固定平台1固定连接；所述可拆卸桩23靠近所述水下潜体模型7的一侧设有正向轨道固定板24，所述可拆卸桩23远离所述水下潜体模型7的一侧设有反向轨道固定板25，且所述正向轨道固定板24与所述固定平台1之间的距离大于所述反向轨道固定板25与所述固定平台1之间的距离；所述正向轨道21的底部与所述正向轨道固定板24的上表面固定连接，且所述正向轨道21的顶部设有顶部轨道211，所述正向轨道21的两侧侧壁分别设有侧面轨道212；所述反向轨道22的顶部与所述反向轨道固定板25的下表面固定连接，且所述反向轨道22包括底部轨道221；所述拖拽小车3的底部靠近所述水下潜体模型7的一侧固定有与所述顶部轨道211相配合的正向行走轮31和与所述侧面轨道212相配合的水平轮32；所述拖拽小车3的底部远离所述水下潜体模型7的一侧固定有与所述底部轨道221相配合的反向行走轮33。如此设置正向轨道21和反向轨道2可以平衡拖曳小车3受到的倾覆力矩。且可拆卸桩23通过螺栓与固定平台1的连接能实现可拆卸桩23的快速拆卸。所述水平轮32可以平衡在测量水下潜体水动力时受到的扭转力矩，并防止拖曳小车3脱轨。

所述悬臂6远离所述水下潜体模型7的一端上设有配重平台69，所述配重平台69上设有配重691。

所述驱动装置4包括固定在所述轨道机构2一端的绞车41，所述绞车41通过地脚螺栓与所述固定平台1固定连接，所述轨道机构2远离所述绞车41的一端固定有支撑架42，所述支撑架42靠近所述绞车41的一端上固定有定滑轮43；

钢丝绳44的一端与所述拖拽小车3靠近所述绞车41的一侧固定连接，且所述钢丝绳44的另一端与所述绞车41的卷筒45缠绕后经过所述定滑轮43与所述拖拽小车3远离所述绞车41的一侧固定连接。

所述绞车41连接有变频器46。通过改变变频器46频率使绞车41进行匀速与匀加速转动，进而带动拖曳小车3完成匀速与匀加速运动。

所述卷筒41同轴焊接有传导杆47，所述测速装置5为编码器51，所述编码器51通过联轴器与所述传导杆47连接。

实施例2

悬臂式绞车拖曳水动力测量方法，包括以下步骤：

S1、将所述悬臂式绞车拖曳水动力测量系统中的所述水下潜体模型7置入水中；

S2、在所述变频器46上设定好预定速度或加速度；

S3、运行所述绞车41，通过所述编码器51测量所述卷筒45的转动速度，进而得到所述拖拽小车3的运行速度，通过所述力传感器8测量所述水下潜体模型置7的受力值；

S4、将水下潜体模型7从所述可拆卸杆65底部拆卸；

S5、在不改变所述变频器46参数的情况下重新运行所述绞车41，通过所述力传感器8重新测得一组新的受力值；

S6、将所述新的受力值与所述受力值相减，得到所述水下潜体模型7在此速度或加速度下所受到的水动力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.悬臂式绞车拖曳水动力测量系统，其特征在于，包括固定平台，所述固定平台上沿所述固定平台的长度方向固定有轨道机构，所述轨道机构上设有与所述轨道机构相配合的拖拽小车，所述固定平台上还固定有驱动所述拖拽小车沿所述轨道机构运动的驱动装置，所述驱动装置上设有可得到所述拖拽小车运动速度的测速装置；

所述拖拽小车的顶部固定有悬臂，所述悬臂的延伸方向垂直于所述轨道机构的延伸方向，所述悬臂的一端的底部固定有横梁，所述横梁的延伸方向与所述轨道机构的延伸方向平行；

所述横梁的一端通过转动轴承组件与连接杆的顶端连接，所述转动轴承组件的轴线与所述悬臂的延伸方向平行，所述连接杆的底端通过连接法兰与可拆卸杆的顶端固定连接，所述可拆卸杆的底端与水下潜体模型固定连接；

所述横梁的另一端固定有纵梁，所述纵梁的底部固定有连接轴承组件Ⅰ，所述连接轴承组件Ⅰ所正对的连接杆上固定有连接轴承组件Ⅱ，所述连接轴承组件Ⅰ和所述连接轴承组件Ⅱ的轴线均与所述悬臂的延伸方向平行，且连接轴承组件Ⅰ与连接轴承组件Ⅱ之间固定有力传感器。

2.根据权利要求1所述的悬臂式绞车拖曳水动力测量系统，其特征在于：所述轨道机构包括正向轨道、反向轨道和用于支撑所述正向轨道和所述反向轨道的多个可拆卸桩；

所述可拆卸桩通过螺栓与所述固定平台固定连接；

所述可拆卸桩靠近所述水下潜体模型的一侧设有正向轨道固定板，所述可拆卸桩远离所述水下潜体模型的一侧设有反向轨道固定板，且所述正向轨道固定板与所述固定平台之间的距离大于所述反向轨道固定板与所述固定平台之间的距离；

所述正向轨道的底部与所述正向轨道固定板的上表面固定连接，且所述正向轨道的顶部设有顶部轨道，所述正向轨道的两侧侧壁分别设有侧面轨道；

所述反向轨道的顶部与所述反向轨道固定板的下表面固定连接，且所述反向轨道包括底部轨道；

所述拖拽小车的底部靠近所述水下潜体模型的一侧固定有与所述顶部轨道相配合的正向行走轮和与所述侧面轨道相配合的水平轮；

所述拖拽小车的底部远离所述水下潜体模型的一侧固定有与所述底部轨道相配合的反向行走轮。

3.根据权利要求1所述的悬臂式绞车拖曳水动力测量系统，其特征在于：所述悬臂远离所述水下潜体模型的一端上设有配重平台，所述配重平台上设有配重。

4.根据权利要求2所述的悬臂式绞车拖曳水动力测量系统，其特征在于：所述驱动装置包括固定在所述轨道机构一端的绞车，所述绞车通过地脚螺栓与所述固定平台固定连接，所述轨道机构远离所述绞车的一端固定有支撑架，所述支撑架靠近所述绞车的一端上固定有定滑轮；

钢丝绳的一端与所述拖拽小车靠近所述绞车的一侧固定连接，且所述钢丝绳的另一端与所述绞车的卷筒缠绕后经过所述定滑轮与所述拖拽小车远离所述绞车的一侧固定连接。

5.根据权利要求4所述的悬臂式绞车拖曳水动力测量系统，其特征在于：所述绞车连接有变频器。

6.根据权利要求4所述的悬臂式绞车拖曳水动力测量系统，其特征在于：所述卷筒同轴焊接有传导杆，所述测速装置为编码器，所述编码器通过联轴器与所述传导杆连接。

7.悬臂式绞车拖曳水动力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将权利要求1-6任一权利要求所述的悬臂式绞车拖曳水动力测量系统中的所述水下潜体模型置入水中；

S2、在所述变频器上设定好预定速度或加速度；

S3、运行所述绞车，通过所述编码器测量所述卷筒的转动速度，通过所述力传感器测量所述水下潜体模型置的受力值；

S4、将所述水下潜体模型从所述可拆卸杆底部拆卸；

S5、在不改变所述变频器参数的情况下重新运行所述绞车，通过所述力传感器重新测得一组新的受力值；

S6、将所述新的受力值与所述受力值相减，得到所述水下潜体模型在此速度或加速度下所受到的水动力。