CN113844628B - 一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法及装置 - Google Patents

一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法及装置。现有拖曳体配重主要设置在拖曳体内部，在拖曳体重心调整过程中存在操作繁琐、配重效率低且重心高等问题，特别是低密度拖曳体对配重本身要求较高，往往存在所需空间大、携带不变等问题。本发明进行配重需求计算、配重材料选择和初定安装位置，再对配重位置进行精确调整，使拖曳体的整体质心与整体浮心在竖直轴线上对齐，且拖曳体的整体浮心高于整体质心。本发明能高效、便捷地调整拖曳体的重心位置，使得拖曳体能够在水中保持水平姿势，能够安全、精准地进行水下的检测作业，且能够使得拖曳体的稳心位置高于重心位置，增加拖曳体的稳定性。

Description

一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法及装置
技术领域
本发明属于海洋工程与技术领域，尤其涉及一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法及装置。
背景技术
在拖曳体进行水下作业的过程中，为满足拖曳体作业过程中姿态的稳定性，需要给拖曳体添加配重，以达到调整拖曳体姿态目的。现有的拖曳体配重装置主要设置在拖曳体的内部，并且一般情况下位置较固定，所以在拖曳体重心调整过程中存在操作繁琐、配重效率低且重心高，导致配重增加等问题，不利于拖曳体水下的检测作业。特别是低密度拖曳体对配重本身要求较高，往往存在所需空间大、携带不变等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法及装置，以解决目前拖曳体重心调整过程中存在操作繁琐、固定不便、配重调节困难及重心高等问题。
本发明提供的一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法，具体如下：
S1：根据拖曳体上零件i的质量mi以及零件i质心在坐标系中的坐标xi、yi、zi，计算出拖曳体的整体质心在坐标系中的坐标 和/>以及整体质量/>其中i＝1，2，…，n，n为拖曳体零部件的总数；然后，根据拖曳体上零部件i在密度为ρ的海水中排水体积及海水密度ρ，ρ取值范围为1～1.2，计算出零部件i的排水质量m′i以及拖曳体入水后零件i质心在坐标系中的坐标x′i、y′i、z′i，再计算出拖曳体的整体浮心在坐标系中的坐标和/>以及整体排水质量/>最后，计算出拖曳体的整体质量与整体排水质量的质量差值M＝M1-M2，完成配重需求计算。
S2：若质量差值的绝对值|M|/ρ1≤0.01V，将质量差值M分配给主配重块、流线型配重块和锥形配重块，其中，V为拖曳体外形的体积；若质量差值的绝对值|M|/ρ1＞0.01V，添加若干圆形配重块，将质量差值M分配给主配重块、流线型配重块、锥形配重块和各圆形配重块，主配重块、流线型配重块、锥形配重块和圆形配重块的密度均为ρ1；主配重块、流线型配重块和锥形配重块，或主配重块、流线型配重块、锥形配重块和各圆形配重块组成重心调节装置；未添加圆形配重块时，主配重块的前端与流线型配重块可拆卸固定连接，后端与锥形配重块可拆卸固定连接，添加圆形配重块时，主配重块与流线型配重块之间、主配重块与锥形配重块之间均设有若干圆形配重块，各圆形配重块由主配重块和流线型配重块夹紧，或由主配重块和锥形配重块夹紧，主配重块、流线型配重块、锥形配重块和各圆形配重块可拆卸固定连接；另外，当质量差值M>0时，重心调节装置采用浮力材料，且重心调节装置置于拖曳体的上半部分，使得拖曳体的稳心位置高于重心位置；当质量差值M<0时，重心调节装置采用密度大于ρ的材料，且重心调节装置置于拖曳体的下半部分，使得拖曳体的稳心位置高于重心位置。
S3：根据拖曳体的整体质心在坐标系中的坐标X1、Y1、Z1以及整体浮心在坐标系中的坐标X2、Y2、Z2，将重心调节装置沿拖曳体的主舱圆周方向以及轴线方向进行位置调整，直到坐标X1与坐标X2的差值绝对值以及坐标Y1与坐标Y2的差值绝对值均小于预设值一，且坐标Z2与坐标Z1的差值大于预设值二时，将重心调节装置与拖曳体的主舱进行可拆卸固定，至此完成拖曳体的重心调节。
优选地，当质量差值M<0时，重心调节装置采用的密度大于ρ的材料为Cu、Ti、不锈钢或铝合金。
本发明一种适用于低密度拖曳体的重心调节装置，包括主配重块、流线型配重块和锥形配重块；所述主配重块的前端与流线型配重块可拆卸固定连接，后端与锥形配重块可拆卸固定连接。
优选地，还包括抱箍；所述的抱箍由抱箍片一和抱箍片二组成；抱箍片一和抱箍片二的底端均与主配重块通过螺栓和螺母固定。
优选地，还包括支撑轴；所述的支撑轴穿过主配重块中心处开设的通孔；支撑轴位于主配重块的通孔位置处的轴段为光轴，两端的轴段均设有外螺纹；所述流线型配重块和锥形配重块开设的通孔均套置在支撑轴上，且支撑轴两端的外螺纹均与双螺母连接。
优选地，所述流线型配重块的侧面呈椭球形。
优选地，所述流线型配重块的后端端面与主配重块的前端端面贴合，锥形配重块的前端端面与主配重块的后端端面贴合。
更优选地，所述的主配重块与流线型配重块之间、主配重块与锥形配重块之间均设有若干圆形配重块；所述圆形配重块的通孔也套置在支撑轴上，各圆形配重块由主配重块和流线型配重块夹紧，或由主配重块和锥形配重块夹紧。
更优选地，所述流线型配重块的后端端面直径、主配重块的前端端面直径、主配重块的后端端面直径、锥形配重块的前端端面直径以及圆形配重块的直径均为D；所述流线型配重块的长度为L1，且1≤L1/D≤2；所述锥形配重块的长度为L2，且1≤L2/D≤2。
本发明具有的有益效果为：能够高效、便捷地实现拖曳体的重心位置调整，使得拖曳体能够在水中保持水平姿势，保证拖曳体能够更加安全、精准地在水中进行检测工作，且能够使得拖曳体的稳心位置高于重心位置，增加拖曳体的稳定性。
附图说明
图1为本发明与拖曳体装配后的整体结构立体图；
图2为本发明与拖曳体装配后的侧视图；
图3为图1的仰视图；
图4为图3的局部放大立体图。
图中：1-抱箍片一；2-抱箍片二；3-配重块；4-支撑轴；5-流线型配重块；6-圆形配重块；7-锥形配重块；8-拖曳体。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法，具体如下：
S1：根据拖曳体8上零件i的质量mi以及零件i质心在坐标系中的坐标xi、yi、zi，计算出拖曳体8的整体质心在坐标系中的坐标 和/>以及整体质量/>其中i＝1，2，…，n，n为拖曳体零部件的总数；然后，根据拖曳体8上零部件i在密度为ρ的海水中排水体积及海水密度ρ，ρ取值范围为1～1.2，计算出零部件i的排水质量m′i以及拖曳体8入水后零件i质心在坐标系中的坐标x′i、y′i、z′i，再计算出拖曳体8的整体浮心在坐标系中的坐标和/> 以及整体排水质量/>最后，计算出拖曳体8的整体质量与整体排水质量的质量差值M＝M1-M2，完成配重需求计算。
S2：若质量差值的绝对值|M|/ρ1≤0.01V，将质量差值M分配给主配重块3、流线型配重块5和锥形配重块7，其中，V为拖曳体8外形的体积；若质量差值的绝对值|M|/ρ1＞0.01V，添加若干圆形配重块6，将质量差值M分配给主配重块3、流线型配重块5、锥形配重块7和各圆形配重块6，主配重块、流线型配重块、锥形配重块和圆形配重块的密度均为ρ1；主配重块3、流线型配重块5和锥形配重块7，或主配重块3、流线型配重块5、锥形配重块7和各圆形配重块6组成重心调节装置；未添加圆形配重块6时，主配重块3的前端与流线型配重块5可拆卸固定连接，后端与锥形配重块7可拆卸固定连接，添加圆形配重块6时，主配重块3与流线型配重块5之间、主配重块3与锥形配重块7之间均设有若干圆形配重块6；各圆形配重块6由主配重块3和流线型配重块5夹紧，或由主配重块3和锥形配重块7夹紧，主配重块3、流线型配重块5、锥形配重块7和各圆形配重块6可拆卸固定连接；另外，当质量差值M>0时，表明拖曳体8的重力大于所受浮力，此时重心调节装置采用浮力材料，且重心调节装置与拖曳体8安装时置于拖曳体8的上半部分，使得拖曳体8的稳心位置高于重心位置；当质量差值M<0时，表明拖曳体8的重力小于所受浮力，此时重心调节装置采用密度大于ρ的材料，且重心调节装置与拖曳体8安装时置于拖曳体8的下半部分，使得拖曳体8的稳心位置高于重心位置，至此完成重心调节装置的配重设置及配重材料选择。
S3：根据拖曳体8的整体质心在坐标系中的坐标X1、Y1、Z1以及整体浮心在坐标系中的坐标X2、Y2、Z2，将重心调节装置沿拖曳体8的主舱圆周方向以及轴线方向进行位置调整，直到坐标X1与坐标X2的差值绝对值以及坐标Y1与坐标Y2的差值绝对值均小于预设值一(取较小值)，且坐标Z2与坐标Z1的差值大于预设值二(取较大值)时，将重心调节装置与拖曳体8的主舱进行可拆卸固定(抱箍片一1和抱箍片二2的底端均与主配重块3通过螺栓和螺母固定；抱箍片一1和抱箍片二2的顶端均与拖曳体的主舱通过螺栓和螺母固定)，至此完成拖曳体8与重心调节装置的固定以及拖曳体8的重心调节。
作为一个优选实施例，当质量差值M<0时，重心调节装置采用的密度大于ρ的材料为Cu、Ti、不锈钢或铝合金等高密度材料。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种适用于低密度拖曳体的重心调节装置，包括主配重块3、流线型配重块5和锥形配重块7；主配重块3的前端与流线型配重块5可拆卸固定连接，后端与锥形配重块7可拆卸固定连接。
作为一个优选实施例，还包括抱箍；抱箍由抱箍片一1和抱箍片二2组成；抱箍片一1和抱箍片二2的底端均与主配重块3通过螺栓和螺母固定；可以将抱箍片一1和抱箍片二2的顶端均与拖曳体通过螺栓和螺母固定。
作为一个优选实施例，还包括支撑轴4；支撑轴4穿过主配重块3中心处开设的通孔；支撑轴位于主配重块3的通孔位置处的轴段为光轴，两端的轴段均设有外螺纹；流线型配重块5和锥形配重块7开设的通孔均套置在支撑轴上，且支撑轴4两端的外螺纹均与双螺母连接。
作为一个优选实施例，流线型配重块5的侧面呈椭球形。
作为一个优选实施例，流线型配重块5的后端端面与主配重块3的前端端面贴合，锥形配重块7的前端端面与主配重块3的后端端面贴合。
作为一个更优选实施例，主配重块3与流线型配重块5之间、主配重块3与锥形配重块7之间均设有若干圆形配重块6；圆形配重块6的通孔也套置在支撑轴上，各圆形配重块6由主配重块3和流线型配重块5夹紧，或由主配重块3和锥形配重块7夹紧。
作为一个更优选实施例，流线型配重块5的后端端面直径、主配重块3的前端端面直径、主配重块3的后端端面直径、锥形配重块7的前端端面直径以及圆形配重块6的直径均为D；流线型配重块的长度为L1，且1≤L1/D≤2；锥形配重块的长度为L2，且1≤L2/D≤2。

Claims (2)

1.一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法，其特征在于：该方法具体如下：
S1：根据拖曳体上零件i的质量mi以及零件i质心在坐标系中的坐标xi、yi、zi，计算出拖曳体的整体质心在坐标系中的坐标 和/>以及整体质量/>其中i＝1，2，…，n，n为拖曳体零部件的总数；然后，根据拖曳体上零部件i在密度为ρ的海水中排水体积及海水密度ρ，ρ取值范围为1～1.2，计算出零部件i的排水质量mi ′以及拖曳体入水后零件i质心在坐标系中的坐标xi ′、yi ′、zi ′，再计算出拖曳体的整体浮心在坐标系中的坐标和/>以及整体排水质量/>最后，计算出拖曳体的整体质量与整体排水质量的质量差值M＝M1-M2，完成配重需求计算；
S2：若质量差值的绝对值|M|/ρ1≤0.01V，将质量差值M分配给主配重块、流线型配重块和锥形配重块，其中，V为拖曳体外形的体积；若质量差值的绝对值|M|/ρ1＞0.01V，添加若干圆形配重块，将质量差值M分配给主配重块、流线型配重块、锥形配重块和各圆形配重块，主配重块、流线型配重块、锥形配重块和圆形配重块的密度均为ρ1；主配重块、流线型配重块和锥形配重块，或主配重块、流线型配重块、锥形配重块和各圆形配重块组成重心调节装置；未添加圆形配重块时，主配重块的前端与流线型配重块可拆卸固定连接，后端与锥形配重块可拆卸固定连接，添加圆形配重块时，主配重块与流线型配重块之间、主配重块与锥形配重块之间均设有若干圆形配重块，各圆形配重块由主配重块和流线型配重块夹紧，或由主配重块和锥形配重块夹紧，主配重块、流线型配重块、锥形配重块和各圆形配重块可拆卸固定连接；另外，当质量差值M>0时，重心调节装置采用浮力材料，且重心调节装置置于拖曳体的上半部分，使得拖曳体的稳心位置高于重心位置；当质量差值M<0时，重心调节装置采用密度大于ρ的材料，且重心调节装置置于拖曳体的下半部分，使得拖曳体的稳心位置高于重心位置；
S3：根据拖曳体的整体质心在坐标系中的坐标X1、Y1、Z1以及整体浮心在坐标系中的坐标X2、Y2、Z2，将重心调节装置沿拖曳体的主舱圆周方向以及轴线方向进行位置调整，直到坐标X1与坐标X2的差值绝对值以及坐标Y1与坐标Y2的差值绝对值均小于预设值一，且坐标Z2与坐标Z1的差值大于预设值二时，将重心调节装置与拖曳体的主舱进行可拆卸固定，至此完成拖曳体的重心调节。
2.根据权利要求1所述一种适用于低密度拖曳体的重心调节方法，其特征在于：当质量差值M<0时，重心调节装置采用的密度大于ρ的材料为Cu、Ti、不锈钢或铝合金。
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