CN114323386B - 一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置及方法，属于水下航行器操纵性试验技术领域，该装置中试验模型通过支杆固定在拖车的下方，支杆插入水中，下端固定在试验模型的重心位置；舵力测试机构及模拟推进机构的线缆穿过试验模型及支杆的内部空腔，连接到拖车上的控制系统；舵力测试机构，用于控制试验模型的尾舵转动，并测试舵面在不同舵角下的受力大小；模拟推进机构，用于为试验模型提供推力。其结构紧凑、通用性强；试验模型外形光顺，试验精度高；调整工况方便，试验效率高；水密性好、可靠性高。可以在拖曳水池中高精度、高效的完成舵力测试。
Description
技术领域
本申请属于水下航行器操纵性试验技术领域，尤其涉及一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置及方法。
背景技术
水下航行器模型操纵面舵力测试是操纵性研究的重要组成部分，通过舵力测试试验可获得与舵角相关的位置导数。舵力测试在拖曳水池中开展试验的资料较少，也缺乏一套完善、可靠、高精度的舵力测试试验装置。
在拖曳水池开展舵力测试试验，试验模型需要根据拖曳水池进行缩比，导致模型尾部空间非常狭小，各系统的布局极易发生干涉。模型内部的采集传感器、舵的旋转控制系统、螺旋桨的动力系统均集中在试验模型尾部，因此尾部结构设计必须非常紧凑。不同舵轴之间、舵轴与螺旋桨轴之间，需要保证一定距离避免转动时互相影响。
因此，发明一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置，可以在拖曳水池中高精度、高效的完成舵力测试，对水下航行器的操纵性研究有着重要意义。
发明内容
为了解决相关技术无法在拖曳水池中高精度、高效的完成舵力测试的问题，本发明提供一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置，所述技术方案如下：
第一方面，提供一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置，包括：试验模型、舵力测试机构、模拟推进机构、支杆和拖车，
试验模型通过支杆固定在拖车的下方，支杆插入水中，下端固定在试验模型的重心位置；
舵力测试机构及模拟推进机构的线缆穿过试验模型及支杆的内部空腔，连接到拖车上的控制系统；
舵力测试机构，用于控制试验模型的尾舵转动，并测试舵面在不同舵角下的受力大小；
模拟推进机构，用于为试验模型提供推力。
可选地，试验模型包括：模型主体、模型尾段、模型末段和尾舵，
模型主体为回转体形式的前部结构；
模型尾段为内部空腔的薄壁结构，用于固定舵力测试机构；
模型末段为内部空腔的薄壁结构，用于定位模拟推进机构；
模型主体与模型尾段通过螺栓连接；
模型末段与模型尾段固定；
尾舵位于模型尾段四周稳定翼的后方。
可选地，舵力测试机构包括：中心基座、调整垫块、舵机座、舵机、法兰轴、传感器、舵轴、平键和锁紧螺母，
中心基座底部为圆形法兰，对中安装于模型尾段内部；
调整垫块中心对称螺接于中心基座的四周平面上；
舵机座底部外轮廓与调整垫块顶部外轮廓相同，外轮廓对齐后通过螺钉连接；
舵机嵌入到舵机座内部固定；
法兰轴中间段为凹型结构，底部与舵机顶部舵盘连接，顶部与传感器底部连接；
传感器顶部与舵轴底部法兰连接，平键嵌入在舵轴内部，与锁紧螺母一起固定被测试尾舵，尾舵可随舵轴旋转。
可选地，模拟推进机构包括：下密封盖、密封盒体、电机、上密封盖、旋转密封件、顶盖、螺钉、螺旋桨轴、轴承、轴承座、螺钉、螺旋桨和整流帽，
模拟推进机构，用于控制螺旋桨旋转，为试验模型提供推力，模拟尾舵实际工作时的流场环境；
下密封盖对中螺接在中心基座上，下密封盖与密封盒体连接；
电机同轴安装在密封盒体的内部，电机轴穿过上密封盖、旋转密封、顶盖的中心孔，插入到螺旋桨轴的转接头内；
上密封盖与密封盒体连接；
旋转密封件位于上密封盖凹槽内，由顶盖通过螺钉压紧，旋转密封件内圆与电机轴外圆配合，用于电机轴旋转时的动密封；
螺旋桨轴与电机轴通过螺钉紧固连接；
轴承位于轴承座内部；
螺旋桨轴的轴肩顶住轴承的内圈定位；
轴承座与模型末段通过螺钉同轴安装；
螺旋桨通过整流帽锁紧在螺旋桨轴上，螺旋桨轴与轴承的配合轴段伸出模型末段末端面。
可选地，模拟推进机构还包括：第一O型圈，
下密封盖与密封盒体螺接，并将第一O型圈压在密封盒体的密封槽内。
可选地，模拟推进机构还包括：第二O型圈，
上密封盖与密封盒体通过螺纹配合连接，并将第二O型圈卡在对接端面内。
可选地，模型末段与模型尾段通过内外圆的细牙螺纹配合固定。
第二方面，提供一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验方法，用于第一方面所述的水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置，所述试验模型包括尾舵，所述模拟推进机构包括电机和螺旋桨，
所述方法包括：
拖车启动前，通过拖车上的控制系统控制尾舵旋转至待测试的角度位置，再控制电机带动螺旋桨旋转，达到需要的转速，启动拖车，带动试验模型运动至预定航速，采集尾舵的受力数据，然后改变舵角，采集尾舵在不同舵角的受力数据。
本发明的有益效果是：
1、结构紧凑、通用性强。
本发明将模拟推进机构设置在舵力测试机构后方，两个系统相互独立，各系统的传动组件不会相互干涉与影响。4个尾舵分4组测试系统单独控制，通过中心对称的中央基座对称安装，保证独立的同时不影响装配精度，同时空出了模型中轴线的空间，方便安装操作，同时可以方便传感器、舵机、电机的走线，结构布局紧凑，合理利用了模型尾部的空间，可通用在各类回转体模型的尾部布局设计。
2、试验模型外形光顺，试验精度高。
所有设备均布置在试验模型内，所有设备的电源线与信号线穿过模型内部与拖曳单剑内部，然后再连接到拖车上，模型外部无任何结构件，保证模型流线外形的光顺及完整性，同时通过模拟推进机构模拟尾舵实际工作时的流场环境。舵机轴、传感器、舵轴同轴安装，舵机控制传感器与舵同时旋转相同的角度，不存在角度控制的误差，舵力测试精度高。
3、调整工况方便，试验效率高。
拖曳水池进行水下试验时，常通过设置角度片的方式调整试验状态，每次更换舵角需要进船坞排水后，手动调整，姿态调整极为不便。采用本发明后，模型舵角的更换可在拖车上随时进行，模型不用进船坞排水，节省了大量的试验状态更换时间，大大提升了试验效率。
4、水密性好、可靠性高。
设备均设置在模型内部，同时为传动电机增加了水密盒，保证系统可以长时间浸泡在水下使用，试验装置可靠性高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置示意图；
图2为本发明实施例提供的试验模型尾部结构布局示意图；
图3为本发明实施例提供的舵力测试机构结构示意图；
图4为本发明实施例提供的模拟推进机构结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式和附图对本申请作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置，如图1所示，包括：试验模型1、舵力测试机构2、模拟推进机构3、支杆4和拖车5，
试验模型1通过支杆4固定在拖车5的下方，支杆4插入水中，下端固定在试验模型1的重心位置。
舵力测试机构2及模拟推进机构3的线缆穿过试验模型1及支杆4的内部空腔，连接到拖车5上的控制系统。
舵力测试机构2，用于控制试验模型1的尾舵转动，并测试舵面在不同舵角下的受力大小。
模拟推进机构3，用于为试验模型1提供推力。
其中，如图2所示，试验模型1包括：模型主体1-1、模型尾段1-2、模型末段1-3、尾舵1-4。
模型主体1-1为回转体形式的前部结构。
模型尾段1-2为内部空腔的薄壁结构，用于固定舵力测试机构2。
模型末段1-3为内部空腔的薄壁结构，用于定位模拟推进机构3。
模型主体1-1与模型尾段1-2通过螺栓连接。
模型末段1-3与模型尾段1-2通过内外圆的细牙螺纹配合固定。
尾舵1-4位于模型尾段1-2四周稳定翼的后方，尾舵1-4可随舵力测试机构2的舵轴2-7旋转。
如图3所示，舵力测试机构2包括：中心基座2-1、调整垫块2-2、舵机座2-3、舵机2-4、法兰轴2-5、传感器2-6、舵轴2-7、平键2-8和锁紧螺母2-9。
中心基座2-1底部为圆形法兰，对中安装于模型尾段1-2内部。
调整垫块2-2中心对称螺接于中心基座2-1的四周平面上。调整垫块2-2可根据模型尾段1-2直径大小更换不同高度。
舵机座2-3底部外轮廓与调整垫块2-2顶部外轮廓相同，外轮廓对齐后通过螺钉连接。
舵机2-4嵌入到舵机座2-3内部固定。
法兰轴2-5中间段为凹型结构，底部与舵机2-4顶部舵盘连接，顶部与传感器2-6底部连接。
传感器2-6顶部与舵轴2-7底部法兰连接，平键2-8嵌入在舵轴2-7内部，与锁紧螺母2-9一起固定被测试尾舵。
如图4所示，模拟推进机构3包括：下密封盖3-1、第一O型圈3-2、密封盒体3-3、电机3-4、第二O型圈3-5、上密封盖3-6、旋转密封件3-7、顶盖3-8、第一螺钉3-9、螺旋桨轴3-10、轴承3-11、轴承座3-12、第二螺钉3-13、螺旋桨3-14和整流帽3-15。
模拟推进机构3，用于控制螺旋桨3-14旋转，为试验模型1提供推力，模拟尾舵1-4实际工作时的流场环境，提高舵力测试机构2的测试精度。
下密封盖3-1对中螺接在中心基座2-1上，下密封盖3-1与密封盒体3-3螺接，并将第一O型圈3-2压在密封盒体3-3的密封槽内。
电机3-4同轴安装在密封盒体3-3的内部，电机轴穿过上密封盖3-6、旋转密封3-7、顶盖3-8的中心孔，插入到螺旋桨轴3-10的转接头内。
上密封盖3-6与密封盒体3-3通过螺纹配合连接，并将第二O型圈3-5卡在对接端面内。
旋转密封件3-7位于上密封盖3-6凹槽内，由顶盖3-8通过螺钉压紧，旋转密封件3-7内圆与电机轴外圆配合，用于电机轴旋转时的动密封。
螺旋桨轴3-10与电机轴通过第一螺钉3-9紧固连接。
轴承3-11位于轴承座3-12内部。
螺旋桨轴3-10的轴肩顶住轴承3-11的内圈定位。
轴承座3-12与模型末段1-3通过第二螺钉3-13同轴安装，保证螺旋桨轴3-10与试验模型1的同轴度。
螺旋桨3-14通过整流帽3-15锁紧在螺旋桨轴3-10上。螺旋桨轴3-10与轴承3-11的配合轴段伸出模型末段1-3末端面，保证螺旋桨3-14的桨榖与模型末段1-3之间留有间隙。
本发明提供的水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置，结构紧凑、通用性强；试验模型外形光顺，试验精度高；调整工况方便，试验效率高；水密性好、可靠性高。可以在拖曳水池中高精度、高效的完成舵力测试。
请参见图1至图4，本发明实施例的水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置的装配过程为：
先将舵力测试机构2同轴装入模型尾段1-2内部，再将模型尾段1-2与模型主体1-1同轴对接，再将模拟推进机构3不带螺旋桨3-14与舵力测试机构2同轴对接，再将模型末段1-3拧入模型尾段1-2中，通过轴承3-11同轴定位，最后安装螺旋桨3-14，完成装配工作。
请参见图1至图4，本发明实施例的水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置的工作过程为：
拖车5启动前，通过控制系统控制尾舵1-4旋转至待测试的角度位置，再控制电机3-4带动螺旋桨3-14旋转，达到需要的转速，启动拖车5，带动试验模型1运动至预定航速，采集尾舵1-4的受力数据，然后改变舵角，采集尾舵1-4在不同舵角的受力数据。
本发明已经完成应用，在该发明上已经开展了多项水下航行器操纵面舵力测试试验，为水下航行器操纵性研究提供了充分的技术支持。
以上仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (5)
1.一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置，其特征在于，包括：试验模型、舵力测试机构、模拟推进机构、支杆和拖车，
试验模型通过支杆固定在拖车的下方，支杆插入水中，支杆的下端固定在试验模型的重心位置；
舵力测试机构及模拟推进机构的线缆穿过试验模型及支杆的内部空腔，连接到拖车上的控制系统；
舵力测试机构，用于控制试验模型的尾舵转动，并测试舵面在不同舵角下的受力大小；
模拟推进机构，用于为试验模型提供推力，
试验模型包括：模型主体、模型尾段、模型末段和尾舵，
模型主体为回转体形式的前部结构；
模型尾段为内部空腔的薄壁结构，用于固定舵力测试机构；
模型末段为内部空腔的薄壁结构，用于定位模拟推进机构；
模型主体与模型尾段通过螺栓连接；
模型末段与模型尾段固定；
尾舵位于模型尾段四周稳定翼的后方，
舵力测试机构包括：中心基座、调整垫块、舵机座、舵机、法兰轴、传感器、舵轴、平键和锁紧螺母，
中心基座底部为圆形法兰，对中安装于模型尾段内部；
调整垫块中心对称螺接于中心基座的四周平面上；
舵机座底部外轮廓与调整垫块顶部外轮廓相同，外轮廓对齐后通过螺钉连接；
舵机嵌入到舵机座内部固定；
法兰轴中间段为凹型结构，底部与舵机顶部舵盘连接，顶部与传感器底部连接；
传感器顶部与舵轴底部法兰连接，平键嵌入在舵轴内部，与锁紧螺母一起固定被测试尾舵，尾舵可随舵轴旋转，
模拟推进机构包括：下密封盖、密封盒体、电机、上密封盖、旋转密封件、顶盖、第一螺钉、螺旋桨轴、轴承、轴承座、第二螺钉、螺旋桨和整流帽，
模拟推进机构，用于控制螺旋桨旋转，为试验模型提供推力，模拟尾舵实际工作时的流场环境；
下密封盖对中螺接在中心基座上，下密封盖与密封盒体连接；
电机同轴安装在密封盒体的内部，电机轴穿过上密封盖、旋转密封、顶盖的中心孔，插入到螺旋桨轴的转接头内；
上密封盖与密封盒体连接；
旋转密封件位于上密封盖凹槽内，由顶盖通过螺钉压紧，旋转密封件内圆与电机轴外圆配合，用于电机轴旋转时的动密封；
螺旋桨轴与电机轴通过第一螺钉紧固连接；
轴承位于轴承座内部；
螺旋桨轴的轴肩顶住轴承的内圈定位；
轴承座与模型末段通过第二螺钉同轴安装；
螺旋桨通过整流帽锁紧在螺旋桨轴上，螺旋桨轴与轴承的配合轴段伸出模型末段末端面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，模拟推进机构还包括：第一O型圈，
下密封盖与密封盒体螺接，并将第一O型圈压在密封盒体的密封槽内。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，模拟推进机构还包括：第二O型圈，
上密封盖与密封盒体通过螺纹配合连接，并将第二O型圈卡在对接端面内。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，模型末段与模型尾段通过内外圆的细牙螺纹配合固定。
5.一种水下航行器模型操纵面舵力测试试验方法，其特征在于，用于权利要求1至4任一所述的水下航行器模型操纵面舵力测试试验装置，所述试验模型包括尾舵，所述模拟推进机构包括电机和螺旋桨，
所述方法包括：
拖车启动前，通过拖车上的控制系统控制尾舵旋转至待测试的角度位置，再控制电机带动螺旋桨旋转，达到需要的转速，启动拖车，带动试验模型运动至预定航速，采集尾舵的受力数据，然后改变舵角，采集尾舵在不同舵角的受力数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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