CN111024425A - 一种模型垂直入水试验装置和试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种模型垂直入水试验装置和试验方法，该试验装置中，导轨垂直设置于投放水池上，滑车垂直安装在导轨上，用于沿导轨进行垂向运动，试验件通过多个连接件与滑车连接，连接件的长度可调，用于调节试验件的初始姿态；吊线的一端与滑车连接，另一端绕过定滑轮与所述卸载重物连接，卸载重物还与起吊器连接，试验件上设置有用于测量入水后加速度的加速度传感器和用于测量入水后压力值的压力传感器。本发明实施例可以保证模型入水过程中姿态精确控制、入水速度控制、初始姿态可调，并可实现模型载荷、运动与喷溅的测量。

Description

一种模型垂直入水试验装置和试验方法

技术领域

本申请涉及但不限于水载荷试验技术领域，尤指一种模型垂直入水试验装置和试验方法。

背景技术

目前对于模型垂直入水试验，尤其是部件级模型，所采用的试验方法通常为自由投放类或简单支架类。

上述两类试验方法都是将模型吊至一定高度后脱开起吊装置，模型自由落体坠入水中，简单支架类可以对模型起到一定的支撑保护作用，二者对着水模型的姿态控制精度较差，不能实现初始姿态调节，并且不具备测试喷溅尺度的能力。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种模型垂直入水试验装置和试验方法，以保证模型入水过程中姿态精确控制、入水速度控制、初始姿态可调，并可实现模型载荷、运动与喷溅的测量。

本发明实施例提供一种模型垂直入水试验装置，包括：导轨，滑车，多个连接件，吊线，定滑轮，卸载重物，起吊器，以及设置于试验件上的加速度传感器和压力传感器；

其中，所述导轨垂直设置于投放水池上，所述滑车垂直安装在所述导轨上，用于沿导轨进行垂向运动，所述试验件通过所述多个连接件与所述滑车连接，所述连接件的长度可调，用于调节所述试验件的初始姿态；

所述吊线的一端与滑车连接，另一端绕过所述定滑轮与所述卸载重物连接，所述卸载重物还与所述起吊器连接；

所述加速度传感器，用于测量所述试验件入水后的加速度；

所述压力传感器，用于测量所述试验件入水后的压力值。

可选地，如上所述的模型垂直入水试验装置中，还包括：分别与所述加速度传感器和所述压力传感器相连接数据采集器；

所述数据采集器，用于从所述加速度传感器中获取所述试验件入水后的加速度，并从所述压力传感器中获取所述试验件入水后的压力值。

可选地，如上所述的模型垂直入水试验装置中，还包括：设置于所述投放水池一侧的玻璃池壁，以及设置于所述玻璃池壁外侧的高速摄像机；

所述高速摄像机，用于在拍摄所述试验件的入水过程，包括拍摄所述试验件入水后的液面形状，以及喷溅状态。

可选地，如上所述的模型垂直入水试验装置中，还包括：分别与所述数据采集器和所述高速摄像机相连接的计算机；

所述计算机，用于从所述数据采集器中获取采集的加速度和压力值，并从所述高速摄像机中获取拍摄的入水图像，根据获取的数据和图像对试验件的垂直入水过程进行分析。

本发明实施例还提供一种模型垂直入水试验方法，采用如上述任一项所述的模型垂直入水试验装置执行所述模型垂直入水试验方法，所述模型垂直入水试验方法包括：

通过调节连接件的长度，调节试验件的初始姿态；

根据所述试验件和卸载重物的质量，以及试验要求所述试验件的入水速度，通过所述滑车调节所述试验件的下落高度；

分离起吊器与卸载重物，使得所述试验件随滑车坠入投放水池中，并通过加速度传感器测量所述试验件入水后的加速度，通过压力传感器测量所述试验件入水后的压力值。

可选地，如上所述的模型垂直入水试验方法中，所述根据所述试验件和卸载重物的质量，以及试验要求所述试验件的入水速度，通过所述滑车调节所述试验件的下落高度，包括：

根据所述试验件和卸载重物的质量，计算所述试验件下落的加速度为：

其中，所述M为所述试验件的质量，所述m为所述卸载重物的质量，所述g为重力加速度，所述a为所述试验件下落的加速度；

根据试验要求所述试验件的入水速度，所述试验件下落的加速度，计算所述试验件的下落高度为：

其中，所述v为试验要求所述试验件的入水速度，所述h为所述试验件的下落高度；

根据计算出的下落高度，通过所述滑车调节所述试验件的下落高度。

可选地，如上所述的模型垂直入水试验方法中，所述模型垂直入水试验装置还包括设置于所述投放水池外侧的玻璃池壁，以及设置于所述玻璃池壁外侧的高速摄像机；所述方法还包括：

通过所述高速摄像机拍摄所述试验件的入水过程，包括拍摄所述试验件入水后的液面形状，以及喷溅状态。

可选地，如上所述的模型垂直入水试验方法中，所述模型垂直入水试验装置还包括分别与所述加速度传感器和所述压力传感器相连接的数据采集器，以及分别与所述数据采集器和所述高速摄像机相连接的计算机；所述方法还包括：

通过数据采集器从所述加速度传感器中获取所述试验件入水后的加速度，并从所述压力传感器中获取所述试验件入水后的压力值；

通过计算机从所述数据采集器中获取采集的加速度和压力值，并从所述高速摄像机中获取拍摄的入水图像，根据获取的数据和图像对垂直入水过程进行分析。

本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置和试验方法，可以实现试验件入水姿态的精确控制，即通过导轨控制滑车处于水平状态，通过连接件调节试验件的初始姿态和初始角度；还可以实现试验件入水速度的精确控制，即根据所需的入水速度及卸载重物的质量，可通过理论计算所需的下落高度，原理简单可靠，入水速度精度较高；还可以实现试验件运动及自由液面的非接触式测量，即通过高速摄像机对试验件入水过程的拍摄，可以准确分析入水过程中的速度、入水深度及喷溅尺度的测量；另外，本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置和试验方法易于实现，操作简单。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的一种模型垂直入水试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置中一种起吊器的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种模型垂直入水试验装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种模型垂直入水试验方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种模型垂直入水试验装置的结构示意图。本实施例提供的模型垂直入水试验装置可以包括：导轨6，滑车9，多个连接件7，吊线11，定滑轮14，卸载重物10，起吊器15，以及设置于试验件13上的加速度传感器12和压力传感器13。

本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置，可用于楔形体、飞机部件、飞船返回舱及细长体等入水试验，本发明实施例涉及入水姿态控制、模型入水运动的非接触式测量等方式。

如图1所示模型垂直入水试验装置的结构，导轨6垂直设置于投放水池1上，滑车9垂直安装在导轨6上，用于沿导轨6进行垂向运动，试验件8通过多个连接件7与滑车9连接，连接件7的长度可调，用于调节试验件8的初始姿态。

本发明实施例中吊线11的一端与滑车9连接，另一端绕过定滑轮14与卸载重物10连接，该卸载重物10还与起吊器15连接。

在实际应用中，如图1所示，滑车9安装在导轨6上，滑车9只能沿导轨6在垂向运动，基于上述硬件设置，可以通过导轨6控制滑车9处于水平状态；另外，可以通过4根连接件7将试验件8与滑车9相连，导轨6保证下落过程试验件8的姿态不变，可以通过调整每根连接件7的长度精确调节试验件8的初始姿态和初始角度。

采用本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置进行模型垂直入水试验过程中，当分离起吊器15与卸载重物10后，试验件8会随滑车9的垂向滑动坠入投放水池1中，在试验件8入水过程中，加速度传感器12，用于测量试验件8入水后的加速度；压力传感器13，用于测量试验件8入水后的压力值。

在实际应用中，如图2所示，为本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置中一种起吊器的结构示意图。该起吊器15可以包括相连接的电磁脱钩器15-1和升降装置15-2。通过该升降装置15-2牵引滑车9的垂向运动，以调节试验件8的高度，通过电磁脱钩器15-1实现起吊器15与卸载重物10的分离。

可选地，图3为本发明实施例提供的另一种模型垂直入水试验装置的结构示意图。本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置，还可以包括：分别与加速度传感器12和压力传感器13相连接数据采集器5。

该数据采集器5，用于从加速度传感器12中获取试验件8入水后的加速度，并从压力传感器13中获取试验件8入水后的压力值。

可选地，本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置，还包括：设置于投放水池1一侧的玻璃池壁2，以及设置于玻璃池壁2外侧的高速摄像机3。

该高速摄像机3，用于在拍摄试验件8的入水过程，例如包括拍摄试验件8入水后的液面形状，以及喷溅状态。

可选地，本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置，还包括：分别与数据采集器5和高速摄像机3相连接的计算机4；

该计算机4，用于从数据采集器5中获取采集的加速度和压力值，并从高速摄像机3中获取拍摄的入水图像，根据获取的数据和图像对试验件8的垂直入水过程进行分析。

基于本发明上述实施例提供的模型垂直入水试验装置，本发明实施例还提供一种模型垂直入水试验方法。

如图4所示，为本发明实施例提供的一种模型垂直入水试验方法的流程图。该方法采用本发明上述任一实施例提供的模型垂直入水试验装置执行，该模型垂直入水试验方法可以包括：

S110，通过调节连接件的长度，调节试验件的初始姿态；

S120，根据试验件和卸载重物的质量，以及试验要求试验件的入水速度，通过滑车调节试验件的下落高度；

S130，分离起吊器与卸载重物，使得试验件随滑车坠入投放水池中，并通过加速度传感器测量试验件入水后的加速度，通过压力传感器测量试验件入水后的压力值。

本发明实施例中，上述S120的实现方式如图3所示，为本发明实施例提供的模型垂直入水试验方法中一种调节试验件高度的流程图。调节试验件高度的方式可以包括如下步骤：

S121，根据试验件和卸载重物的质量，计算试验件下落的加速度；

S122，根据试验要求试验件的入水速度，试验件下落的加速度，计算试验件的下落高度；

S123，根据计算出的下落高度，通过滑车调节试验件的下落高度。

在本发明实施例中，试验件8的入水速度可以通过滑车9的高度与卸载重物10的质量共同调节，卸载重物10与滑车9之间通过吊线11和定滑轮14相连，根据公式(1)可以求解试验件8下落加速度，如公式(2)所示。

上述公式中，

F为试验件8与卸载重物10之间的作用力；

M为试验件8的质量；

m为卸载重物10的质量；

g为重力加速度；

a为试验件8下落加速度；

再根据试验对试验件8的入水速度要求，可以计算得到所需的下落高度，如公式(3)

上述公式中：h为试验件8的下落高度，v为试验件8的入水速度。

随后，可以根据计算出的试验件8的下落高度，条件滑车9的高度，以通过滑车9的高度调节试验件8的下落高度。

在S110和S120中调整好试验件8的高度和姿态后，分离起吊装置15与卸载重物10，试验件8随滑车9坠入投放水池1中，入水过程中通过加速度传感器12测量试验件8的加速度，通过压力传感器13测量压力值。

由于本发明实施例中的加速度传感器12和压力传感器13分别与数据采集器5相连，即可以通过数据采集器5从加速度传感器12中获取所述试验件8入水后的加速度，并从所述压力传感器13中获取所述试验件8入水后的压力值。本发明实施例的投放水池1的外侧设置有玻璃池壁2，玻璃池壁2的外侧设置有高速摄像机3。因此，可以利用高速摄像机3在玻璃池壁2外侧拍摄试验件8入水过程，高速摄像机3和数据采集器5又分别与计算机4相连，将测得的数据及图像传输至计算机4中。

采用本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置执行模型垂直入水试验方法，可以实现试验件入水姿态的精确控制，即通过导轨6控制滑车9处于水平状态，通过4根连接件7调节试验件8的初始姿态和初始角度；还可以实现试验件入水速度的精确控制，即根据所需的入水速度及卸载重物10的质量，可通过理论计算所需的下落高度，原理简单可靠，入水速度精度较高；还可以实现试验件运动及自由液面的非接触式测量，即通过高速摄像机3对试验件入水过程的拍摄，可以准确分析入水过程中的速度、入水深度及喷溅尺度的测量；另外，本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置和试验方法易于实现，操作简单。

本发明实施例通过姿态控制及调节技术、入水速度控制技术实现模型入水角度和速度的精确控制，利用压力传感器、加速度传感器及数字图像技术实现入水载荷、运动及喷溅的测量和拍摄。本发明实施例提供的模型垂直入水试验装置和试验方法，可以成功应用于大型水陆两栖飞机水箱入水试验中，实现了不同姿态、不同速度、不同重量下的载荷、运动及喷溅测试。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种模型垂直入水试验装置，其特征在于，包括：导轨，滑车，多个连接件，吊线，定滑轮，卸载重物，起吊器，以及设置于试验件上的加速度传感器和压力传感器；

其中，所述导轨垂直设置于投放水池上，所述滑车垂直安装在所述导轨上，用于沿导轨进行垂向运动，所述试验件通过所述多个连接件与所述滑车连接，所述连接件的长度可调，用于调节所述试验件的初始姿态；

所述吊线的一端与滑车连接，另一端绕过所述定滑轮与所述卸载重物连接，所述卸载重物还与所述起吊器连接；

所述加速度传感器，用于测量所述试验件入水后的加速度；

所述压力传感器，用于测量所述试验件入水后的压力值。

2.根据权利要求1所述的模型垂直入水试验装置，其特征在于，还包括：分别与所述加速度传感器和所述压力传感器相连接数据采集器；

所述数据采集器，用于从所述加速度传感器中获取所述试验件入水后的加速度，并从所述压力传感器中获取所述试验件入水后的压力值。

3.根据权利要求2所述的模型垂直入水试验装置，其特征在于，还包括：设置于所述投放水池一侧的玻璃池壁，以及设置于所述玻璃池壁外侧的高速摄像机；

所述高速摄像机，用于在拍摄所述试验件的入水过程，包括拍摄所述试验件入水后的液面形状，以及喷溅状态。

4.根据权利要求3所述的模型垂直入水试验装置，其特征在于，还包括：分别与所述数据采集器和所述高速摄像机相连接的计算机；

所述计算机，用于从所述数据采集器中获取采集的加速度和压力值，并从所述高速摄像机中获取拍摄的入水图像，根据获取的数据和图像对试验件的垂直入水过程进行分析。

5.一种模型垂直入水试验方法，其特征在于，采用如权利要求1～4中任一项所述的模型垂直入水试验装置执行所述模型垂直入水试验方法，所述模型垂直入水试验方法包括：

通过调节连接件的长度，调节试验件的初始姿态；

根据所述试验件和卸载重物的质量，以及试验要求所述试验件的入水速度，通过所述滑车调节所述试验件的下落高度；

分离起吊器与卸载重物，使得所述试验件随滑车坠入投放水池中，并通过加速度传感器测量所述试验件入水后的加速度，通过压力传感器测量所述试验件入水后的压力值。

6.根据权利要求5所述的模型垂直入水试验方法，其特征在于，所述根据所述试验件和卸载重物的质量，以及试验要求所述试验件的入水速度，通过所述滑车调节所述试验件的下落高度，包括：

根据所述试验件和卸载重物的质量，计算所述试验件下落的加速度为：

其中，所述M为所述试验件的质量，所述m为所述卸载重物的质量，所述g为重力加速度，所述a为所述试验件下落的加速度；

根据试验要求所述试验件的入水速度，所述试验件下落的加速度，计算所述试验件的下落高度为：

其中，所述v为试验要求所述试验件的入水速度，所述h为所述试验件的下落高度；

根据计算出的下落高度，通过所述滑车调节所述试验件的下落高度。

7.根据权利要求5所述的模型垂直入水试验方法，其特征在于，所述模型垂直入水试验装置还包括设置于所述投放水池外侧的玻璃池壁，以及设置于所述玻璃池壁外侧的高速摄像机；所述方法还包括：

通过所述高速摄像机拍摄所述试验件的入水过程，包括拍摄所述试验件入水后的液面形状，以及喷溅状态。

8.根据权利要求7所述的模型垂直入水试验方法，其特征在于，所述模型垂直入水试验装置还包括分别与所述加速度传感器和所述压力传感器相连接的数据采集器，以及分别与所述数据采集器和所述高速摄像机相连接的计算机；所述方法还包括：

通过数据采集器从所述加速度传感器中获取所述试验件入水后的加速度，并从所述压力传感器中获取所述试验件入水后的压力值；

通过计算机从所述数据采集器中获取采集的加速度和压力值，并从所述高速摄像机中获取拍摄的入水图像，根据获取的数据和图像对垂直入水过程进行分析。

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