CN112046706B - 一种高速艇模型试验拖曳装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速艇模型试验拖曳装置，其特征在于，包括：固定支架；拖点；超声波传感器，超声波传感器反射板；角度传感器；超声波传感器和倾角传感器；电机支架；伺服电机，带动齿轮运动；PLC，控制整个系统；伺服驱动器；传动齿轮，将运动传递给传动齿条；升沉杆，升沉杆固接力传感器，在伺服电机的控制下随船模上下运动；直线轴承，用于限制升沉杆和力传感器仅在垂向作直线运动；拖杆，连接拖点和力传感器；本发明将主动控制思路和技术引用到传统的高速艇模型试验中，根据船模姿态的变化，主动调节拖杆角度，使拖杆的拖曳力始终沿推力轴心线方向，与高速艇实际受力情况完全一致，可准确测得船模阻力和航行姿态，又能大幅提高试验效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速艇模型试验拖曳装置，应用于高速艇模型试验，属于船舶模型试验技术领域。
背景技术
在拖曳水池开展高速艇模型试验时，不同的拖曳方式对模型试验结果影响较大。目前常用的拖曳方式有两种：1、拖线方式，即在船模两侧对应重力作用线与推力轴心线交点位置处各设置一个拖点，在船模的正前方沿推力轴心线方向设置单分力传感器，用拖线将单分力传感器和船模两侧的拖点连接，用于测量船模阻力。采用这种方式时，两侧的拖线会在模型试验时产生激水现象，从而影响所测的船模阻力；同时，因船模航行姿态随速度变化，对应每一个不同的航速都需要手动调节单分力传感器的高度位置，以保持拖曳方向与推力轴心线方向一致，导致试验时无法连续测试。2、尾推方式，即在船尾端面与处设置拖点，在船模尾部正后方布置单分力传感器，用专用连接件一端与将单分力传感器铰接，一端和拖点固接，试验中单分力传感器推着船模前进，测得水平方向的船模阻力。但采用这种方法时，由于单分力传感器作用于铰接点的力除了沿推力轴心线方向的分力外，还有垂直于推力轴心线方向的分力，该分力会对船模额外增加一个绕重心的力矩，为保持船模受力状态与实际情况相似，因此需要另行平衡这个力矩，且需随速度变化而变化。同样，因为船模航行姿态随速度变化，采用该拖曳方法也需要根据每一个速度手动调节单分力传感器的高度位置，试验效率也不高。
现有技术的技术问题：1、拖线方式：采用这种方式时，两侧的拖线会在模型试验时产生激水现象，从而影响所测的船模阻力；同时，因船模航行姿态随速度变化，对应每一个不同的航速都需要手动调节单分力传感器的高度位置，以保持拖曳方向与推力轴心线方向一致，导致试验时无法连续测试，试验效率低。2、尾推方式：采用这种方式由于单分力传感器作用于铰接点的力除了沿推力轴心线方向的分力外，还有垂直于推力轴心线方向的分力，该分力会对船模额外增加一个绕重心的力矩，需要另行平衡这个力矩，因为船模航行姿态随速度变化，采用该拖曳方法也需要根据每一个速度手动调节单分力传感器的高度位置，试验效率也不高。
因此，需要开发一种高速艇模型试验拖曳装置，在高速艇模型试验时既不影响船模的受力状态，也不会产生额外的激水现象等其他影响船模阻力的现象，而且能根据船模速度和姿态的变化实时调整拖曳力方向，以便高效、准确地测量船模的阻力和航行姿态。
发明内容
本发明的目的是开发一种高速艇模型试验拖曳装置，用在高速艇的模型试验中，可以高效、准确地测量船模的阻力和航行姿态。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种高速艇模型试验拖曳装置，其中包括：
固定支架，固定在拖车上，用于固定该装置。
拖点，拖点固定在船模底板上，且带有铰接头，用于拖动船模以一定的速度运行；
试验时拖车通过固定支架带动整个装置和船模运动。
超声波传感器，固定在固定支架上，超声波传感器反射板，固定在超声波传感器正下方20cm处的船模底板上，上述用于测量船模升沉的变化；角度传感器，角度传感器固定在船模甲板或者船模底板上，用于测量船模的倾角变化；超声波传感器和倾角传感器分别将船模升沉和倾角的变化转变成电信号的变化；
伺服电机，伺服电机固定在电机支架上，将电信号变化转变成位移，带动齿轮运动；
电机支架，电机支架固定在固定支架上，用于固定电机；
PLC用于执行逻辑，控制整个系统；
伺服驱动器，用来控制伺服电机；
传动齿轮，传动齿轮固定在伺服电机上，伺服电机根据船模的运动而做相应的转动，通过传动齿轮和传动齿条将运动传递给传动齿条，传动齿条固定在升沉杆上，和齿轮互相啮合，构成可以控制升沉杆上下运动的传动机构；
升沉杆，升沉杆固接力传感器，在电机的控制下随船模上下运动，升沉杆应具有耐磨、耐腐蚀、强度大等特点，一般在升沉杆标模镀铬，增加升沉杆的耐磨性并能防止其在水池潮湿的环节下生锈；直线轴承，固定在固定支架上，用于限制升沉杆和力传感器仅在垂向作直线运动；
拖杆，一端铰接于拖点，另一端铰接于力传感器；
力传感器，一端固定在升沉杆上，一端与拖杆铰接，用于测量船模的阻力；
上述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其中，所述超声波传感器和超声波反射板，用于测量船模的升沉变化，而安装在船模底板上的角度传感器用于测量船模的倾角变化，将上述船模的升沉和倾角变化转变成电信号的变化，作为PLC的输入量。
上述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其中，所述PLC，伺服驱动器根据船模升沉和倾角的变化产生的电信号的变化控制伺服电机产生不同的机械位移。
上述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其中，所述伺服电机产生机械位移通过传动齿轮传递给传动齿条，传动齿条带动升沉杆上下运动，使拖杆的角度产生变化，最终使拖杆的拖曳力始终沿推力轴心线方向。
高速艇在模型试验时，每个航速的姿态变化大，现有的拖曳方式均存在不足之处，本发明将主动控制思路和技术引用到传统的高速艇模型试验中，根据船模姿态的变化，主动调节拖杆角度，使拖杆的拖曳力始终沿推力轴心线方向，与高速艇实际受力情况完全一致，可准确测得船模阻力和航行姿态，又能大幅提高试验效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定：
图1为本发明高速艇拖曳装置示意图；
图2为本发明高速艇拖曳装置控制原理图；
附图标记：1、固定支架；11、电机支架；2、拖点；3、超声波传感器；31、超声波传感器反射板；32、角度传感器；4、伺服电机；41、PLC；42、伺服驱动器；5、传动齿轮；51、传动齿条；6、升沉杆；61、直线轴承；7、拖杆；8、力传感器。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
本实例参见图1-图2所示，表示出了一种较佳实施例的一种高速艇模型试验拖曳装置，包括：
固定支架1，固定在拖车上，用于固定该装置。
拖点2，拖点固定在船模底板上，且带有铰接头，用于拖动船模以一定的速度运行；
试验时拖车通过固定支架1带动整个装置和船模运动。
超声波传感器3，固定在固定支架1上，超声波传感器反射板31，固定在超声波传感器3正下方20cm处的船模底板上，上述用于测量船模升沉的变化；角度传感器32，角度传感器32固定在船模甲板或者船模底板上，用于测量船模的倾角变化；超声波传感器3和倾角传感器32分别将船模升沉和倾角的变化转变成电信号的变化；
伺服电机4，伺服电机4固定在电机支架11上，将电信号变化转变成位移，带动传动齿轮5运动；
PLC41用于执行逻辑，控制整个系统；
伺服驱动器42，用来控制伺服电机4；
传动齿轮5，传动齿轮5固定在伺服电机4上，电机4根据船模的运动而做相应的转动，通过齿轮5和传动齿条51将运动传递给升沉杆6；传动齿条51，传动齿条51固定在升沉杆6上，和齿轮5互相啮合，构成可以控制升沉杆6上下运动的传动机构；
升沉杆6，升沉杆6固接力传感器7；直线轴承61，固定在固定支架1上，用于限制升沉杆6和力传感器8仅在垂向作直线运动；
拖杆7，一端铰接于拖点2，另一端铰接于力传感器8；
力传感器8，一端固定在升沉杆6上，一端与拖杆7铰接，用于测量船模的阻力；
上述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其中，所述超声波传感器3和超声波反射板31，用于测量船模的升沉变化，而安装在船模底板上的角度传感器32用于测量船模的倾角变化，将上述船模的升沉和倾角变化转变成电信号的变化，作为PLC41的输入量。
上述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其中，所述PLC41，伺服驱动器42根据船模升沉和倾角的变化产生的电信号的变化控制伺服电机4产生不同的机械位移。
上述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其中，所述伺服电机4产生机械位移通过传动齿轮5传递给齿条51，齿条51带动升沉杆上下运动，使拖杆7的角度产生变化，最终使拖杆7的拖曳力始终沿推力轴心线方向。
本发明通过采用上述技术，产生的积极效果是：
(1)其中本发明根据船模姿态的变化，主动调节拖杆角度，使拖杆的拖曳力始终沿推力轴心线方向，与高速艇实际受力情况完全一致，可测得准确的船模阻力和航行姿态。
(2)本发明中的拖曳装置不会接触水，因此不会产生激水等现象，不影响阻力测试。
(3)本发明所有控制均为主动自动控制，可以连续测试，因此也可以提高试验的效率。
综上所述，以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种高速艇模型试验拖曳装置，其特征在于，包括：
固定支架，固定在拖车上，用于固定该装置；
拖点，拖点固定在船模底板上，用于拖动船模以一定的速度运行；
试验时拖车通过固定支架带动整个装置和船模运动；
超声波传感器，固定在固定支架上，超声波传感器反射板，固定在船模底板上，用于测量船模升沉的变化；
角度传感器，固定在船模甲板或者船模底板上，用于测量船模的倾角变化；超声波传感器和倾角传感器分别将船模升沉和倾角的变化转变成电信号的变化；
电机支架，电机支架固定在固定支架上，用于固定电机；
伺服电机，固定在电机支架上，将电信号变化转变成位移，带动齿轮运动；
PLC，用于执行逻辑，控制整个系统；
伺服驱动器，用来控制伺服电机；
传动齿轮，传动齿轮固定在伺服电机上，伺服电机根据船模的运动而做相应的转动，通过传动齿轮将运动传递给传动齿条，传动齿条固定在升沉杆上，和传动齿轮互相啮合，构成可以控制升沉杆上下运动的传动机构；
升沉杆，升沉杆固接力传感器，在伺服电机的控制下随船模上下运动；
直线轴承，固定在固定支架上，用于限制升沉杆和力传感器仅在垂向作直线运动；
拖杆，一端铰接于拖点，另一端铰接于力传感器；
力传感器，一端固定在升沉杆上，一端与拖杆铰接，用于测量船模的阻力；
安装在船模甲板或者船模底板上的所述角度传感器用于测量船模的倾角变化，将上述船模的升沉和倾角变化转变成电信号的变化，作为PLC的输入量；所述PLC控制伺服驱动器，根据船模升沉和倾角的变化产生的电信号的变化控制伺服电机产生不同的机械位移；所述伺服电机产生机械位移通过传动齿轮传递给传动齿条，传动齿条带动升沉杆上下运动，控制拖杆的角度产生变化使拖杆的拖曳力始终沿推力轴心线方向。
2.根据权利要求1所述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其特征在于，所述拖点处设有铰接头。
3.根据权利要求2所述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其特征在于，所述升沉杆标模镀铬，增加升沉杆的耐磨性并防止其在水池潮湿的环节下生锈。
4.根据权利要求3所述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其特征在于，所述超声波传感器和超声波反射板，用于测量船模的升沉变化。
5.根据权利要求4所述的一种高速艇模型试验拖曳装置，其特征在于，所述超声波传感器反射板，固定在超声波传感器正下方20cm处的船模底板上。
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