CN111141487A - 用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备及试验方法 - Google Patents

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杨奇
李潘
何衍儒
周继昆
谭路遥
唐其琴
曾飞
陈强洪
赵平
周欢
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Abstract

本发明公开了用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备及试验方法，试验设备包括水下试验件、试验辅助装置；气囊在未打开时置于水下试验件中，浮动平台漂浮设置于水面上；微型惯性安装于水下试验件内部；用于充气上浮装置的水下动态环境试验方法，包括在试验前，用脱钩器将下端绳索处和浮动平台下方连接；试验过程中，将脱钩器脱开，水下试验件达到规定的试验速度后气囊充气，然后通过微型惯组测试气囊充气过程中试验件的水下弹道特性；本申请使用配重头段、试验舱段和稳定尾段组成水下试验件，并使用试验辅助装置开展试验操作和记录，具有结构简单，设备条件要求小，操作灵活便捷，试验数据采集准确等优势。

Description

用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备及试验方法
技术领域
本发明属于无人潜航器试验技术领域，具体涉及用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备及试验方法。
背景技术
随着海洋开发的不断深入，人们越来越多的使用水下无人潜航器来完成海洋探索和研究任务，在无人潜航器执行完规定任务时需要上浮回收，或者在特殊情况下需要紧急上浮。很多无人机潜航器采用气囊充气式上浮装置。
但是，在紧急上浮过程中，气囊的充气过程受无人潜航器运动速度影响较大，运动速度越大，气囊受到水的阻力越大，容易出现气囊脱落、破损等问题。考虑到气囊在水下动态环境下的物理过程较为复杂，是一个涉及气体、柔性气囊体和水流运动过程的复杂流固耦合问题，难以通过仿真手段进行模拟。因此，一般采用水下动态试验的方式进行考核验证，常规的做法一般采用室内水池试验、自然水域拖曳试验等方式开展。但是，室内水池试验受场地条件限制较大，自然水域拖曳试验对拖船的航速要求较高，需要具备大马力高航速拖船，上述两种方法均有其自身的局限性，限制了水下动态试验的有效开展。
因此，针对上述问题，迫切需要一种具有低成本、方式灵活便捷的用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备及试验方法，以便开展充气上浮装置的水下动态环境试验考核。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备及试验方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备，包括：
水下试验件；气囊在未打开时置于水下试验件中，气囊在打开后用于为水下试验件的上浮提供动力；
试验辅助装置；试验辅助装置包括安全绳索、浮动平台、微型惯组；安全绳索的两端分别连接水下试验件与浮动平台，安全绳索的长度小于水深；浮动平台漂浮设置于水面上；微型惯性安装于水下试验件内部，并用于记录试验过程中水下试验件的姿态、加速度、角速率。
具体地，水下试验件包括：
配重头段；配重头段用于在水中下落过程中加速试验件；
稳定尾段；稳定尾段用于在水中下落过程中稳定试验件；安全绳索的一端与稳定尾段的上端连接；
试验舱段；配重头段与试验舱段的下部连接，稳定尾段与试验舱段的上部连接，试验舱段置于配重头段和稳定尾段之间；气囊在未打开时置于试验舱段中。
具体地，试验辅助装置还包括脱钩器，脱钩器在试验前连接试验件与浮动平台，在试验中，脱钩器脱钩后，试验件自由下落。
优选地，稳定尾段上形成有围绕水下试验件的竖向轴心线均匀布设的翼面结构。
优选地，配重头段形成为圆锥体形结构。
用于充气上浮装置的水下动态环境试验方法，包括以下步骤：
S1、在试验前，用脱钩器将下端绳索处和浮动平台下方连接，还将水下试验件通过安全绳索与浮动平台相连，此时水下试验件在水中通过脱钩器吊挂于浮动平台下方；
S2、试验过程中，将脱钩器脱开，水下试验件在重力作用下加速下沉，达到规定的试验速度后气囊充气，然后通过微型惯组测试气囊充气过程中试验件的水下弹道特性；
S3、试验完结后，水下试验件在气囊浮力作用下返回水面。
本发明的有益效果在于：
本发明使用配重头段、试验舱段和稳定尾段组成水下试验件，并使用试验辅助装置开展试验操作和记录，具有结构简单，设备条件要求小，操作灵活便捷，试验数据采集准确等优势。
附图说明
图1为本申请中试验设备的结构示意图；
图2为本申请中试验方法的流程示意图，其中a为试验前的状态示意图，b为试验过程中的状态示意图，c为试验完结后的状态示意图。
图中：1-浮动平台，2-脱钩器，3-安全绳索，4-下端绳索，5-稳定尾段，6-微型惯组，7-试验舱段，8-配重头段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备，包括：
水下试验件；气囊在未打开时置于水下试验件中，气囊在打开后用于为水下试验件的上浮提供动力；
试验辅助装置；试验辅助装置包括安全绳索3、浮动平台1、微型惯组6；安全绳索3的两端分别连接水下试验件与浮动平台1，安全绳索3的长度小于水深；浮动平台1漂浮设置于水面上；微型惯性安装于水下试验件内部，并用于记录试验过程中水下试验件的姿态、加速度、角速率。
在本实施例中，安全绳索3用于保证试验件安全，在试验异常情况下确保试验不会触底；
如图1所示，水下试验件包括：
配重头段8；配重头段8用于在水中下落过程中加速试验件；
稳定尾段5；稳定尾段5用于在水中下落过程中稳定试验件；安全绳索3的一端与稳定尾段5的上端连接；
试验舱段7；配重头段8与试验舱段7的下部连接，稳定尾段5与试验舱段7的上部连接，试验舱段7置于配重头段8和稳定尾段5之间；气囊在未打开时置于试验舱段7中。
本实施例中，配重头段8具有较大的质量特性，提供水下试验件较大的下沉动力；
如图1所示，试验辅助装置还包括脱钩器2，脱钩器2在试验前连接试验件与浮动平台1，在试验中，脱钩器2脱钩后，试验件自由下落。
如图1所示，稳定尾段5上形成有围绕水下试验件的竖向轴心线均匀布设的翼面结构。
本实施例中，因稳定尾段5具有稳定翼面，所以可在试验过程中稳定水下试验件的姿态。
如图1所示，配重头段8形成为圆锥体形结构。
如图2所示，用于充气上浮装置的水下动态环境试验方法，包括以下步骤：
S1、在试验前，用脱钩器2将下端绳索4处和浮动平台1下方连接，还将水下试验件通过安全绳索3与浮动平台1相连，此时水下试验件在水中通过脱钩器2吊挂于浮动平台1下方；
S2、试验过程中，将脱钩器2脱开，水下试验件在重力作用下加速下沉，达到规定的试验速度后气囊充气，然后通过微型惯组6测试气囊充气过程中试验件的水下弹道特性；
S3、试验完结后，水下试验件在气囊浮力作用下返回水面。
在本申请中，试验速度与深度的关系具有一一对应的关系，可以通过试验件的设计确定这一关系。
本申请的试验过程中，试验件在水中自由下落，通过配重头段8提供下落动力，试验件在重力作用下自由下落，达到试验速度。
本申请通过微型惯组6测试水下弹道，试验过程中，通过微型惯组6测试水下试验件的姿态、加速度、角速率等水下弹道参数，便于试验数据分析和结果判定。
灵活便捷安全的操作方法，通过浮动平台1、脱钩器2和安全绳索3的应用，可以较为灵活的开展水下动态试验方法，减小了对试验场地和设备的依赖。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (6)

1.用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备，其特征在于，包括：
水下试验件；气囊在未打开时置于水下试验件中，气囊在打开后用于为水下试验件的上浮提供动力；
试验辅助装置；试验辅助装置包括安全绳索、浮动平台、微型惯组；安全绳索的两端分别连接水下试验件与浮动平台，安全绳索的长度小于水深；浮动平台漂浮设置于水面上；微型惯性安装于水下试验件内部，并用于记录试验过程中水下试验件的姿态、加速度、角速率。
2.根据权利要求1所述的用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备，其特征在于，水下试验件包括：
配重头段；配重头段用于在水中下落过程中加速试验件；
稳定尾段；稳定尾段用于在水中下落过程中稳定试验件；安全绳索的一端与稳定尾段的上端连接；
试验舱段；配重头段与试验舱段的下部连接，稳定尾段与试验舱段的上部连接，试验舱段置于配重头段和稳定尾段之间；气囊在未打开时置于试验舱段中。
3.根据权利要求1所述的用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备，其特征在于，试验辅助装置还包括脱钩器，脱钩器在试验前连接试验件与浮动平台，在试验中，脱钩器脱钩后，试验件自由下落。
4.根据权利要求2所述的用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备，其特征在于：稳定尾段上形成有围绕水下试验件的竖向轴心线均匀布设的翼面结构。
5.根据权利要求2所述的用于充气上浮装置的水下动态环境试验设备，其特征在于：配重头段形成为圆锥体形结构。
6.用于充气上浮装置的水下动态环境试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在试验前，用脱钩器将下端绳索处和浮动平台下方连接，还将水下试验件通过安全绳索与浮动平台相连，此时水下试验件在水中通过脱钩器吊挂于浮动平台下方；
S2、试验过程中，将脱钩器脱开，水下试验件在重力作用下加速下沉，达到规定的试验速度后气囊充气，然后通过微型惯组测试气囊充气过程中试验件的水下弹道特性；
S3、试验完结后，水下试验件在气囊浮力作用下返回水面。
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