CN110473446A - 一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下航行体破冰领域，具体涉及一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置。本发明利用驱动机构和牵引钢缆带动水下航行体模型在冰面下方运动，从而激起冰面发生水弹性变形，通过测量系统测量冰面的变形、航行体运动速度以及下潜深度，观察冰面的破冰情况，研究水下航行体激起水弹性波破冰的破冰能力。可以自定义选择航行速度以及水下航行深度，也可以改变模型形状和冰层厚度，能高效的研究不同因素作用下水下航行的破冰能力。

Description

一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置

技术领域

本发明属于水下航行体破冰领域，具体涉及一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置。

背景技术

在极地方面，冰面的存在阻碍了水下航行体出水执行任务的需求，目前国外已经突破了利用水下航行体出自身结构进行上浮破冰的技术，但是这种自身上浮破冰的方法对水下航行体结构强度的要求较大，因而对水下航行体的设计提出了更高的要求。然而，水下航行体在近冰面航行时会激起冰面产生水弹性波，利用此弹性波进行破冰，可以避免水下航行体结构与冰面的直接接触，在一定程度上保护了水下航行体结构，且冰面水弹性波的范围大，破冰效果也更好。此外，在我国北方高寒地区的内河流域，每年春季都有凌汛灾害的威胁，对内河流域的沿岸人民的生命和财产造成威胁。因此我国会提前进行内河破冰来疏通航道，以避免凌汛灾害的发生，但通常采用爆炸破冰的方法，这种破冰方法对人员的安全存在隐患，且容易周边的生态环境造成破坏，内河流域的生态系统也容易受到影响。而水下航行体激起的水弹性破破冰可以避免这些缺点，还具有破冰效率高，机动灵活，对水中生物、河道不会造成影响等一系列优点。因此水下航行体激起的水弹性波破冰研究就显得至关重要。

目前针对水下航行体极地航行和破冰的研究还很欠缺，所以相关的实验设备也不多见，能有效地模拟水下航行破冰的实验装置仍未出现。申请号为CN201010548536.9的气垫船运行形成波阻共振破冰方法，主要是提出了一种利用气垫船进行破冰的新方法。这种方法是利用冰面上的高速移动载荷激起冰面水弹性波进行破冰的方法，同样是利用了冰面的水弹性波破冰这一种新型的破冰方法。但当前尚未见到一种对冰下航行体进行破冰试验的模型试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供实现研究水下航行体在不同深度，不同速度等条件下激起的水弹性波破冰能力的一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括试验水池和水下航行体模型；所述的试验水池中设有驱动机构、测速传感器、垂直位移传感器和水下深度定位仪；所述的水下航行体模型设置于试验水池中，水下航行体模型通过牵引缆线与驱动机构连接。

本发明还可以包括：

所述的试验水池的前后两端的上方及下方均设有牵引滑轮，试验水池的前后两端的牵引滑轮处于同一水平线上；所述的牵引缆线绕过所有牵引滑轮和驱动机构后连接在水下航行体模型的前后两端。

所述的试验水池具有玻璃侧面。

本发明的有益效果在于：

本发明利用驱动机构和牵引钢缆带动水下航行体模型在冰面下方运动，从而激起冰面发生水弹性变形，通过测量系统测量冰面的变形、航行体运动速度以及下潜深度，观察冰面的破冰情况，研究水下航行体激起水弹性波破冰的破冰能力。可以自定义选择航行速度以及水下航行深度，也可以改变模型形状和冰层厚度，能高效的研究不同因素作用下水下航行的破冰能力。

附图说明

图1是不带有冰面时本发明的整体结构示意图。

图2是带有冰面时本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明利用驱动机构驱动牵引钢缆，使得水下航行体模型在冰面下方以一定速度航行，从而激起冰面发生水弹性变形，通过水池一侧的垂直位移传感器测量冰面的变形，观察冰面的破坏情况，研究水下航行体激起水弹性波的破冰能力。其实验装置系统化，操作简单。通过激光测速传感器测量钢缆的速度从而实现测量水下航行体模型在水下的航行速度，安装在水池四周及底部的深度定位仪测量模型下潜深度，从而实现研究水下航行体在不同深度，不同速度等条件下激起的水弹性波破冰能力。

本发明的实现技术方案是：

本发明是一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置，主要应用于水下航行体在冰面下方航行时激起的水弹性波破冰过程的模拟，包括具有玻璃侧面的试验水池，牵引滑轮，牵引钢缆，激光测速传感器，驱动机构，垂直位移传感器，水下深度定位仪。向试验水池内注入一定量的水，低温实验室内将水池内的水面冻结成冰面。水池的前后两端的上方及水下安装有牵引滑轮，滑轮固定在同一水平线上，以确保水下航行体模型在水下的深度保持稳定，水池四周及底部安装有深度定位仪，测量航行体在水下的深度。钢缆在驱动机构的作用下运动时会通过激光测速传感器，由此测量水下航行体的移动速度。水池一侧接近冰面位置安装垂直位移传感器。水下航行体模型前后两端系有牵引钢缆。试验时，先在低温实验室内将水池内的水面冻结成冰面，启动驱动机构，通过牵引钢缆的带动，使水下航行体模型以一定的速度向前航行，航行体引起周围的流体发生扰动，扰动传至冰面，激起冰面产生水弹性波。水下航行体的运动速度可以通过改变驱动机构的转速来调节，激光测速传感器测量航行体运动时的速度，深度定位仪测量航行体的下潜深度，垂直位移传感器记录冰面的变形特点，通过改变航行体的速度、下潜深度以及冰厚等条件，多参数进行试验，从而研究水下航行体的破冰条件，探索水下航行体激起水弹性波的破冰能力。

本发明操作方便，可以自定义选择模型航行速度以及水下航行深度，同时也可以改变模型形状和冰层厚度，能高效的研究不同因素作用下对冰面的破坏程度。

如图2所示，图中具有玻璃侧面的试验水池3固定放置在水平的地面上，冰块1冻结于试验水池3的两侧壁面。驱动机构4固定在水池一端，水池前后两端固定有牵引滑轮5，驱动机构4与牵引滑轮5上串有牵引钢缆6，水下航行体模型2前后两端系有牵引钢缆6并置于水下，深度定位仪8固定于试验水池3四周以及底部，垂直位移传感器7安装在水池一侧接近冰面处，激光测速传感器9固定于水池上方，使牵引钢缆6穿过激光测速传感器9。

实验时，启动驱动机构4使牵引钢缆6在牵引滑轮5作用下发生传动，同时拖动水下航行体模型2在水下航行，从而实现水下航行体在冰面下方运动的模拟。水下航行体的运动会激起流体扰动，从而激起冰面发生水弹性响应。此时，记录下垂直位移传感器7测量的冰面垂直方向位移的示数，观察冰层的变形情况。记录下激光测速传感器9测量的牵引钢缆6的运动速度，即水下航行体模型2在水下的航行速度，通过深度定位仪8记录模型的下潜深度，改变驱动机构4的转速，从而改变水下航行体运动速度，再次记录下垂直位移传感器7测量的冰面垂直方向位移，并观察冰面是否发生破坏，探索水下航行体激起水弹性波的破冰能力。本发明也可通过改变水下航行体的下潜深度，冰层厚度等参数观察不同条件下冰面的变形情况以及破冰条件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置，其特征在于：包括试验水池和水下航行体模型；所述的试验水池中设有驱动机构、测速传感器、垂直位移传感器和水下深度定位仪；所述的水下航行体模型设置于试验水池中，水下航行体模型通过牵引缆线与驱动机构连接。

2.根据权利要求1所述的一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置，其特征在于：所述的试验水池的前后两端的上方及下方均设有牵引滑轮，试验水池的前后两端的牵引滑轮处于同一水平线上；所述的牵引缆线绕过所有牵引滑轮和驱动机构后连接在水下航行体模型的前后两端。

3.根据权利要求1或2所述的一种研究水下航行体激起的水弹性波破冰模型试验装置，其特征在于：所述的试验水池具有玻璃侧面。