CN113008516B - 一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测试实验装置技术领域，公开了一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，包括台架和水箱，所述台架顶端上转动连接有卷筒，所述卷筒上收卷有绳索，所述绳索上安装有拉力传感器，所述台架顶端设有驱动卷筒收卷或释放绳索的驱动单元，所述绳索上连接有被测物，通过驱动单元驱动卷筒释放或收卷绳索能够使被测物在水箱内上下运动。本发明能够模拟水下推进器各个部件如翼片、连接轴、轴承在高海况下损坏情况以及长时间工作的疲劳和磨损情况。

Description

一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置

技术领域

本发明涉及测试实验装置技术领域，具体涉及一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置。

背景技术

波浪滑翔器是一种将波浪能转换为前进动能的新型海上无人航行器。波浪滑翔器分水面艇和水下推进器两部分，中间用柔性脐带缆连接，水下推进器上装有水动力翼片能够将波浪能转换为动能。在高海况下水动力翼片受力极大，有可能发生断裂，其他零部件如连接轴、轴承等由于受力过大而出现损坏。在长时间工作后水动力翼片和其他零部件也会出现疲劳和磨损等情况，因此通常在实际使用之前需要先对波浪滑翔器测试其在海浪下的受力情况。

虽然一般的风浪流试验水池可以模拟风、浪、潮流对海上结构物及船舶的影响，但是波浪滑翔器作为一种新的海上无人航行器在海浪作用下的受力与传统船舶不同。传统船舶主要考虑海面波浪对船体的作用力，而波浪滑翔器由于采用水面水下分体设计，除需要考虑海面波浪对水面艇体的作用力还需要考虑水面艇体对水下推进器的作用力、水下推进器在快速上升下降时水动力翼片的受力。然而目前没有现成的水池可以直接模拟波浪滑翔器的实际工作环境，特别是高海况下的工作环境。

另外一种方案是对波浪滑翔器进行实际海试，然而在高海况或长时间航行后波浪滑翔器很容易损坏。由于波浪滑翔器是无人化设备，一旦损坏回收成本极高，因此要检验波浪滑翔器特别是包括水动力翼片在内的部件的高海况和长时间工作性能比较困难。

此外由于波浪滑翔器较新，其理论研究如受力分析、波浪能转换效率等还需要大量的实际数据去完善，而海试由于海况变化大、海试成本高、周期长等原因，要获取实际数据往往面临较大困难。

发明内容

本发明意在提供一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，能够模拟水下推进器各个部件如翼片、连接轴、轴承在高海况下损坏情况以及长时间工作的疲劳和磨损情况。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，包括台架和水箱，所述台架顶端上转动连接有卷筒，所述卷筒上收卷有绳索，所述绳索上安装有拉力传感器，所述台架顶端设有驱动卷筒收卷或释放绳索的驱动单元，所述绳索上连接有被测物，通过驱动单元驱动卷筒释放或收卷绳索能够使被测物在水箱内上下运动。

本方案的原理及优点是：1.实际应用时，本发明能够通过反复提升和释放被测物(本方案中的被测物为水下推进器)来模拟长时间海浪作用下水下推进器上的翼片、连接轴、轴承等零部件的磨损或疲劳情况。

2.本方案能够通过急速提升和释放水下推进器来模拟高海况下水下推进器上的翼片、连接轴、轴承等零部件的损坏情况。

3.本方案能够通过改变卷筒的转速，从而改变水下推进器的上升速度来模拟不同海况，得到不同速度(海况)下的拉力传感器的数据，利用拉力数据和速度数据完善理论分析，改进波浪滑翔器整体受力情况。并且在实际操作过程中，通过改变水下推进器水动力翼片的攻角再配合使用本方案中的测试装置能够获得不同的拉力数据，这样可以完善水下推进器水动力翼片效率分析，提高波浪滑翔器利用波浪能效率，进而提高波浪滑翔器航行速度。

由于本测试装置可以在陆地上模拟高海况及长时间波浪滑翔器水下推进器的试验，因此大大降低了波浪滑翔器在高海况下设备损失风险和人员出海风险，并大幅降低试验成本。另外利用本装置还可以方便得到不同海况下波浪滑翔器的受力情况和水动力翼片不同攻角时的受力情况，为波浪滑翔器整体受力分析和整体航行效率分析提供试验数据，完善理论模型。

优选的，作为一种改进，所述驱动单元包括电机、变速箱和离合器，所述电机与变速箱连接，所述变速箱与离合器之间连接有变速箱联轴器，所述离合器与卷筒之间连接有离合器联轴器。

本方案中电机用以提供动力输出，变速箱将电机的高转速低扭矩输出转换为中低转速高扭矩输出，然后再由变速箱联轴器传递给离合器，而离合器的输出由离合器联轴器传递给卷筒，从而使卷筒转动。

当离合器吸合时，电机的动力通过离合器传递给卷筒，卷筒旋转而向上提升水下推进器，当离合器分离时，电机的动力被切断，水下推进器受重力作用开始下降，这样就能够反复提升和释放水下推进器从而实现测试效果。

优选的，作为一种改进，所述台架包括设备平台和两个支撑柱，所述设备平台位于两个支撑柱之间，且设备平台与支撑柱固定连接。

如此设置，两个支撑柱和设备平台之间使整个台架呈门型框架结构，这种结构更方便安装卷筒使卷筒位于上方，而使水箱位于设备平台下方，从而便于提升或释放水下推进器。

优选的，作为一种改进，所述电机、变速箱、变速箱联轴器、离合器、离合器联轴器的中心为一条直线，且电机、变速箱和离合器均安装在设备平台上。

如此设置能够使整个动力的传递更加的平稳，且设备平台的设置为驱动单元的安装提供了一个安装平台。

优选的，作为一种改进，所述设备平台下方安装有限位传感器，所述台架上安装有电控箱，所述限位传感器、离合器和电机均与所述电控箱电连接，当被测物被拉离水箱的水面后限位传感器能够传送信号至电控箱使电控箱控制离合器分离。

如此设置，本方案中台架上安装有限位传感器，当水下推进器被拉离水箱的水面后，限位传感器将发出限位信息到电控箱，使电控箱控制离合器分离，从而使水下推进器受重力作用而下降，当水下推进器下降到水箱的底部后电控箱能够重新控制离合器吸合，从而再次向上提升水下推进器，这样通过电控箱和限位传感器的配合即可实现自动控制离合器的分离和吸合，从而实现自动反复提升或释放水下推进器，另外本方案中电控箱还与电机电连接，电控箱还可以控制电机的启停以及转速。

优选的，作为一种改进，所述拉力传感器为无线拉力传感器。

如此设置，测试过程中的拉力数据能够通过无线发送给记录仪实时记录，便于后续分析。

优选的，作为一种改进，所述水箱下部开设有放水口。

如此设置，可以对水箱进行放水，从而调节水箱的水面高度。

优选的，作为一种改进，所述台架的顶端固定连接有两个轴承支座，卷筒的两端分别与两个轴承支座转动连接。

如此设置，轴承支座能够对卷筒起到支撑的作用，同时方便安装卷筒。

优选的，作为一种改进，所述电机的功率为3-5kW。

本方案中采用大功率的电机以提供动力的输出，通过改变大功率电机的转速，能够改变水下推进器的上升速度来模拟不同海况。

优选的，作为一种改进，所述离合器的扭矩为100-400Nm。

使离合器的扭矩在本方案中的扭矩范围内能够使输出高扭矩，使卷筒提速更快，从而能够对水下推进器进行更加快速的释放和提升。

附图说明

图1为本发明一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置实施例一的正视图。

图2为本发明一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置实施例一的侧视图。

图3为本发明一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置实施例二的正视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：台架1、支撑柱101、设备平台102、电机2、变速箱3、变速箱联轴器4、离合器5、离合器联轴器6、卷筒7、轴承支座8、限位传感器9、绳索10、水箱11、电控箱12、放水口13、水下推进器14、无线拉力传感器15、台阶16、加强筋17。

实施例一

实施例基本如附图1所示：一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，包括台架1和大型的水箱11，台架1顶端上转动连接有卷筒7，本实施例中台架1包括设备平台102和两个支撑柱101，设备平台102位于两个支撑柱101之间，本实施例中在设备平台102与两个支撑柱101之间通过螺钉固定连接有加强筋17，加强筋17的设置能够增强设备平台102与支撑柱101之间的稳固性，设备平台102和两个支撑柱101使台架1整体为门型框架结构，水箱11位于设备平台102的下方。

结合图2所示，本实施例中支撑柱101均为A字型结构，这样可以提高整个台架1的稳定性，支撑柱101上沿间隔固定有两个台阶16，这样可供维修人员登上设备平台102上对安装的设备进行维修。设备平台102位于两个支撑柱101的顶端与支撑柱101通过螺栓固定连接，本实施例中整个台架1的主体材料为槽钢或工字钢。

本实施例中在台架1的顶端(即设备平台102)上通过螺钉固定连接有两个轴承支座8，卷筒7的两端分别与两个轴承支座8通过轴承转动连接，这样两个轴承支座8能够对卷筒7起到支撑的作用。

如图1所示，卷筒7上收卷有绳索10，绳索10上连接有被测物(水下推进器14)，本实施例中的绳索10为钢丝绳，绳索10上安装有拉力传感器，本实施例中的拉力传感器为无线拉力传感器15，且本实施例中的无线拉力传感器15可以记录被测物在不同提升速度下的拉力值。

台架1顶端设有驱动卷筒7收卷或释放绳索10的驱动单元，通过驱动单元驱动卷筒7释放或收卷绳索10能够使被测物在水箱11内上下运动，本实施例中驱动单元包括电机2、变速箱3和离合器5，电机2与变速箱3连接，具体的：变速箱3为齿轮变速箱，电机2的输出轴与变速箱3的齿轮轴连接。

变速箱3与离合器5之间连接有变速箱联轴器4，离合器5与卷筒7之间连接有离合器联轴器6，电机2、变速箱3、变速箱联轴器4、离合器5、离合器联轴器6以及轴承支座8的中心为一条直线上且电机2、变速箱3、离合器5均通过螺栓固定安装在设备平台102上。

本实施例中电机2的功率为3-5kW，离合器5的扭矩为100-400Nm，且变速箱3的减速比可以选用以下比值1：4或1：5或1：6。

本实施例中在水箱11的下部开设有放水口13，且在水箱11的上部开设有注水口(图中未示出)，这样可以通过注入水或者放水来调节不同水面高度从而模拟不同工作状态。

具体实施过程如下：测试时，大功率电机2产生高速动力并输出，经过变速箱3转变为中低速大扭矩输出，变速箱3输出的动力经过变速箱联轴器4传递给离合器5，离合器5在吸合时将动力传递到卷筒7上，从而使卷筒7转动，使卷筒7转动的过程中收卷绳索10，从而使水下推进器14被提升。

当水下推进器14离开水箱11的水面并上升到一定高度后，通过控制离合器5分离，离合器5分离时动力被切断，卷筒7上无动力输出，此时水下推进器14在其重力的作用下开始下降，当水下推进器14下降到水箱11的箱底后，重新控制离合器5的闭合，此时能够再向卷筒7输出动力，从而再次向上提升水下推进器14，从而使整个测试装置完成一个循环，模拟了一次海浪的起伏，通过反复的提升和释放水下推进器14从而来模拟长时间海浪作用下水下推进器14上的翼片、连接轴、轴承等零部件的磨损或疲劳情况。

由于绳索10上安装有无线拉力传感器15，实际使用时将配备一个与该无线拉力传感器15配合使用的记录仪来记录拉力数值，因此测试过程中的拉力数据可以通过无线发送给记录仪实时记录，便于后续分析。

在实际测试过程中，能够通过改变电机2的转速来改变卷筒7的转速，从而能够改变提升水下推进器14的上升速度，从而来模拟不同的海况，得到不同的拉力数据和速度数据。

实施例二

如图3所示，一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，与实施例一的区别在于：设备平台102下方安装有限位传感器9，本实施例中的限位开关采用现有技术中的接近开关。台架1上安装有电控箱12，本实施例中将电控箱12通过螺钉安装在两个支撑柱101中其中一个支撑柱101的下部。

限位传感器9、离合器5和电机2均与电控箱12电连接，电控箱12内安装有控制器等，当被测物被拉离水箱11的水面后限位传感器9能够传送信号至电控箱12使电控箱12控制离合器5分离。

实际使用时，当卷筒7转动而使绳索10带动水下推进器14向上提升的过程中，当水下推进器14被提升到脱离水箱11的水面后，当限位传感器9感应到水下推进器14的时候，限位传感器9将发出电信号，并将电信号传送至电控箱12，此时电控箱12将控制离合器5分离，离合器5分离时动力被切断，卷筒7上无动力输出，从而使水下推进器14在重力作用下开始下降。

电控箱12在等待水下推进器14下降到水箱11箱底后将重新控制离合器5闭合，这样通过电控箱12和限位传感器9的配合能够实现自动控制离合器5的反复分离和吸合，从而实现反复提升或释放水下推进器14而完成测试，本实施例的方案能够使整个测试过程更加的自动化。

本实施例中电控箱12还可以控制电机2的启停和转速。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，包括台架和水箱，其特征在于：所述台架顶端上转动连接有卷筒，所述卷筒上收卷有绳索，所述绳索上安装有拉力传感器，所述台架顶端设有驱动卷筒收卷或释放绳索的驱动单元，所述绳索上连接有被测物，通过驱动单元驱动卷筒释放或收卷绳索能够使被测物在水箱内上下运动；所述驱动单元包括电机、变速箱和离合器，所述电机与变速箱连接，所述变速箱与离合器之间连接有变速箱联轴器，所述离合器与卷筒之间连接有离合器联轴器。

2.根据权利要求1所述的一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，其特征在于：所述台架包括设备平台和两个支撑柱，所述设备平台位于两个支撑柱之间，且设备平台与支撑柱固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，其特征在于：所述电机、变速箱、变速箱联轴器、离合器、离合器联轴器的中心为一条直线，且电机、变速箱和离合器均安装在设备平台上。

4.根据权利要求2所述的一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，其特征在于：所述设备平台下方安装有限位传感器，所述台架上安装有电控箱，所述限位传感器、离合器和电机均与所述电控箱电连接，当被测物被拉离水箱的水面后限位传感器能够传送信号至电控箱使电控箱控制离合器分离。

5.根据权利要求1所述的一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，其特征在于：所述拉力传感器为无线拉力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，其特征在于：所述水箱下部开设有放水口。

7.根据权利要求1所述的一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，其特征在于：所述台架的顶端固定连接有两个轴承支座，卷筒的两端分别与两个轴承支座转动连接。

8.根据权利要求1所述的一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，其特征在于：所述电机的功率为3-5kW。

9.根据权利要求1所述的一种波浪能滑翔器水动力翼片测试装置，其特征在于：所述离合器的扭矩为100-400Nm。

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