CN114323561B - 一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置 - Google Patents

一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置,属于水动力实验模拟系统技术领域,该装置中,前密封舱为独立密封舱,内部肋板与艇体模型外壳粘接,形成独立的密封腔体;艇体龙骨结构为艇体模型内部的金属结构焊接件,通过肋板与艇体模型外壳粘接;中密封舱内部肋板与艇体模型外壳粘接,形成独立的密封腔体,后密封舱为独立的密封舱,通过肋板与艇体模型外壳粘接,形成一个密封腔体。本艇体采用了三舱独立水密的设计方法,有效保证了艇体模型的水密性与安全性;艇体内部设计了重心惯量调试结构;可实现模型内部配重结构的紧固定位,避免艇体模型在水下运动过程中配重系统出现松动影响模型的初始状态。

Description

一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置
技术领域
本申请属于水动力实验模拟系统技术领域,尤其涉及一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置。
背景技术
随着国内水动力实验模拟试验技术的快速发展,水面船舶水动力试验,飞机迫降试验技术得到了较快改进与完善,水动试验领域也在不懈探索新的试验方法。进入20世纪,我国根据沿海防卫需要,水下潜艇、探测器等潜航设备也得到快速发展。水下艇体模型水动试验由传统的敞水试验逐渐转为水下近似自航试验方式,艇体的结构设计方式也由最开始的敞水结构逐步转为艇体内部水密分舱设计。在艇体内部设计过程中也进一步考虑模型的重心与惯量的调节方式。
针对目前艇体试验模型设计方法,存在的不足之处为:(1)目前,针对水动试验模型主要通过敞水的方式进行设计加工,在水动试验过程中主要用于固定拖曳的方式测试模型的水阻力;(2)在水下艇体设计中,主要考虑艇体内部的空间大小,及传感器的安装方式未针对艇体重心惯量等设计相应的安装调试结构;(3)传统艇体模型一般通过胶粘方式将配重块定位在模型的底部或模型侧壁,模型在遇到较大冲击时,配重块会存在脱落和振动的情况,影响模型的重心惯量。
发明内容
为了解决相关技术中艇体试验模型设计存在的问题,本发明提供一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置,所述技术方案如下:
一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置,包括:前密封舱1、艇体模型壳体2、艇体龙骨结构3、中密封舱4和后密封舱5,
其中,前密封舱1为独立密封舱,内部金属结构肋板与艇体模型外壳2粘接,形成独立的密封腔体;
艇体龙骨结构3为艇体模型内部的金属结构焊接件,通过肋板与模型的艇体模型外壳2粘接;
中密封舱4内部金属结构肋板与艇体模型外壳2粘接,形成独立的密封腔体;
后密封舱5为独立的密封舱,通过肋板与艇体模型外壳2粘接,形成一个密封腔体;
其中,前密封舱1和后密封舱5用于进行重心惯量的调试与传感器的安装定位,设有重心高度配重固定结构与前后重心及惯量配重调试固定结构;
中密封舱4用于进行传感器的安装定位。
可选地,艇体龙骨结构3包括:前密封舱龙骨结构3-1、中密封舱龙骨结构3-2和后密封舱龙骨结构3-3,
其中,前密封舱龙骨结构3-1和后密封舱龙骨结构3-3均利用配重块实现模型重心与惯量的调试以及传感器的安装定位;
中密封舱龙骨结构3-2为金属焊接件,与前密封舱龙骨结构3-1和后密封舱龙骨结构3-3焊接固定,内部具有传感器安装板3-2-6,用于固定定位试验传感器。
可选地,后密封舱龙骨结构3-3与前密封舱龙骨结构3-1的结构和作用相同,前密封舱龙骨结构3-1包括:重心高度配重块3-1-1、密封端面3-1-2、肋板A3-1-3、重心高度配重固定螺杆3-1-4、前后重心及惯量配重结构3-1-5、侧面配重螺杆3-1-6、配重块压紧螺母3-1-7、底部固定支撑结构3-1-8、肋板B3-1-9、上固定端面3-1-10和角片密封端面3-1-11,
其中,重心高度配重块3-1-1,定位在单侧两根侧面配重螺杆3-1-6上,利用侧面配重螺杆3-1-6进行压紧固定;
密封端面3-1-2具有圆形开孔,两侧通过环氧树脂和复合材料与艇体模型外壳2内部粘接固定;
肋板A3-1-3为环形金属件,与艇体模型外壳2内部粘接,支撑艇体模型外壳2的外形;
重心高度配重固定螺杆3-1-4为标准螺杆,前后两端通过焊接的方式固定在肋板A3-1-3与肋板B3-1-9侧端面;
前后重心及惯量配重结构3-1-5为定额配重块,通过密封端面3-1-2圆形开孔放入密封舱内部,定位在两根侧面配重螺杆3-1-6上,通过配重块压紧螺母3-1-7紧固定位,底部固定支撑结构3-1-8通过焊接的方式固定在肋板A3-1-3与肋板B3-1-9侧端面;
肋板B3-1-9为环形金属件,与艇体模型外壳2内部粘接,支撑艇体模型外壳-2的外形;
上固定端面3-1-10焊接固定在角片密封端面3-1-11与肋板B3-1-9侧端。
可选地,中密封舱龙骨结构3-2包括:纵向龙骨结构3-2-1、肋板C3-2-2、密封端面3-2-3、密封角片3-2-4、垂向固定结构3-2-5、传感器安装板3-2-6和横向固定结构3-2-7,
其中,纵向龙骨结构3-2-1共计四根,通过垂向固定结构3-2-5、横向固定结构3-2-7、肋板C3-2-2以及前密封舱龙骨结构3-1和后密封舱龙骨结构3-3焊接固定连接,形成箱体结构;
密封端面3-2-3具有圆形开孔,周边具有O型密封圈固定槽,可通过密封圈进行密封固定,两侧通过环氧树脂和复合材料与艇体模型外壳2内部粘接固定;
传感器安装板3-2-6上端具有传感器安装定位孔,并通过螺栓固定在纵向龙骨结构3-2-1底面上端面;
密封角片3-2-4焊接在密封端面3-2-3的侧端面,上端圆弧面与艇体模型壳体2密封粘接。
可选地,前密封舱1内部金属结构肋板与艇体模型外壳2通过环氧树脂紧密粘接。
可选地,艇体模型外壳2为复材外形。
可选地,中密封舱4内部金属结构肋板与艇体模型外壳2通过环氧树脂紧密粘接。
可选地,密封端面3-1-2周边具有O型密封圈固定槽,可通过密封圈进行密封固定。
可选地,密封端面3-2-3周边具有O型密封圈固定槽,可通过密封圈进行密封固定。
本发明的有益效果是:
(1)提供了一种水下密封艇体的设计方法,在确保外形精度条件下,可以承载水下20m的水压;
(2)模型分为3个水密舱,每个舱单独密封,具有良好的密封特性与水下安全性;
(3)前密封舱与后密封舱具有密封端面,可以通过密封盖打开前密封舱,进行重心惯量的调试与传感器的安装定位;
(4)前密封舱和后密封舱内部具有重心高度配重固定结构与前后重心及惯量配重调试固定结构,可以快速有效开展模型重心惯量的调试;
(5)前密封舱和后密封舱内部前后重心及惯量配重结构采用了侧面配重螺杆与配重块压紧螺母结构将配重块紧固定位,具有良好的稳定性;
(6)中密封舱采用了纵向龙骨结构与肋板相结合的设计方法,具有良好的强度刚度,可以较好的确保艇体模型复材外壳的形状精度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的水密艇体试验模型整体结构示意图;
图2为本发明实施例提供的艇体龙骨结构示意图;
图3为本发明实施例提供的前密封舱龙骨结构示意图;
图4为本发明实施例提供的中密封舱龙骨结构示意图。
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。
本发明提出了一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置,为水密艇体模型设计提供了新的设计思路,对未来艇体模型水动力实验模拟试验,提供有力支撑。目前艇体的水动试验逐渐趋于自航试验发展,对水密模型的设计要求也越来越高,不仅需要确保模型的外形精度,同时要求在模型的重心惯量的调试具有良好的操作性、高效性与稳定性。
如图1所示,本发明实施例提供的一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置,包括前密封舱1、艇体模型壳体2、艇体龙骨结构3、中密封舱4和后密封舱5。
其中,前密封舱1为独立密封舱,内部金属结构肋板A-3-1-3与肋板B-3-1-9(如图3所示)与艇体模型外壳2通过环氧树脂紧密粘接,形成独立的密封腔体;
艇体模型外壳2为复材外形,具有质量小,强度刚度特性好,水密特性好的特点。
艇体龙骨结构3为艇体模型内部的金属结构焊接件,具有良好的强度刚度,通过肋板与模型的艇体模型外壳2紧密粘接,确保模型的外形与模型整体的强度与刚性;
中密封舱4内部金属结构肋板与艇体模型外壳2通过环氧树脂紧密粘接,形成独立的密封腔体;
后密封舱5为独立的密封舱,通过肋板与艇体模型外壳2紧密粘接,形成一个密封腔体。
如图2所示,艇体龙骨结构3包括:前密封舱龙骨结构3-1、中密封舱龙骨结构3-2和后密封舱龙骨结构3-3。
其中,前密封舱龙骨结构3-1与后密封舱龙骨结构3-3结构和作用相同,主要利用配重块开展模型重心与惯量的调试以及传感器的安装定位等工作。
中密封舱龙骨结构3-2为金属焊接件,与前密封舱龙骨结构3-1和后密封舱龙骨结构3-3焊接固定,内部具有传感器安装板3-2-6,可以精确固定定位试验传感器。
前密封舱龙骨结构3-1和覆盖前密封舱龙骨结构3-1的艇体模型外壳2相应区域形成前密封舱;中密封舱龙骨结构3-2和覆盖中密封舱龙骨结构3-2的艇体模型外壳2相应区域形成中密封舱;后密封舱龙骨结构3-3和覆盖后密封舱龙骨结构3-3的艇体模型外壳2相应区域形成后密封舱。
如图3所示,前密封舱龙骨结构3-1主要包括重心高度配重块3-1-1、密封端面3-1-2、肋板A3-1-3、重心高度配重固定螺杆3-1-4、前后重心及惯量配重结构3-1-5、侧面配重螺杆3-1-6、配重块压紧螺母3-1-7、底部固定支撑结构3-1-8、肋板B3-1-9、上固定端面3-1-10和角片密封端面3-1-11。
其中,重心高度配重块3-1-1,定位在单侧两根侧面配重螺杆3-1-6上,利用侧面配重螺杆3-1-6进行压紧固定,避免配重块发生振动或松动;
密封端面3-1-2具有圆形开孔,周边具有O型密封圈固定槽,可以通过密封圈进行密封固定,防止水进入前密封舱1内部,两侧通过环氧树脂和复合材料与艇体模型外壳2内部粘接固定,防止液体进入;
肋板A3-1-3为环形金属件,与艇体模型外壳2内部粘接,支撑艇体模型外壳2的外形;
重心高度配重固定螺杆3-1-4为标准螺杆,前后两端通过焊接的方式固定在肋板A3-1-3与肋板B3-1-9侧端面;
前后重心及惯量配重结构3-1-5为定额配重块,通过密封端面3-1-2圆形开孔放入密封舱内部,定位在两根侧面配重螺杆3-1-6上,通过配重块压紧螺母3-1-7紧固定位,底部固定支撑结构3-1-8通过焊接的方式固定在肋板A3-1-3与肋板B3-1-9侧端面;
肋板B3-1-9为环形金属件,与艇体模型外壳2内部粘接,支撑艇体模型外壳-2的外形;
上固定端面3-1-10焊接固定在角片密封端面3-1-11与肋板B3-1-9侧端。
后密封舱龙骨结构3-3主要包括重心高度配重块、密封端面、肋板1、重心高度配重固定螺杆、前后重心及惯量配重结构、侧面配重螺杆、配重块压紧螺母、底部固定支撑结构、肋板2、上固定端面和角片密封端面。后密封舱龙骨结构3-3的结构与前密封舱龙骨结构3-1的结构相同,后密封舱龙骨结构3-3的结构示意图请参见图3。
前密封舱龙骨结构3-1与后密封舱龙骨结构3-3,主要作用为:
(1)具有密封端面,可以通过密封盖打开前密封舱,进行重心惯量的调试与传感器的安装定位;
(2)前密封舱和后密封舱内部具有重心高度配重固定结构与前后重心及惯量配重调试固定结构,可以快速有效开展模型的重心惯量的调试;
(3)前密封舱和后密封舱内部前后重心及惯量配重结构采用了侧面配重螺杆与配重块压紧螺母结构将配重块紧固定位,具有良好的稳定性。
如图4所示,中密封舱龙骨结构3-2主要包括纵向龙骨结构3-2-1、肋板C3-2-2、密封端面3-2-3、密封角片3-2-4、垂向固定结构3-2-5、传感器安装板3-2-6和横向固定结构3-2-7。
其中,纵向龙骨结构3-2-1共计四根,通过垂向固定结构3-2-5、横向固定结构3-2-7、肋板C3-2-2以及前密封舱龙骨结构3-1和后密封舱龙骨结构3-3焊接固定连接,形成箱体结构;
密封端面3-2-3具有圆形开孔,周边具有O型密封圈固定槽,可以通过密封圈进行密封固定,防止水进入中密封舱4内部,两侧通过环氧树脂和复合材料与艇体模型外壳2内部粘接固定,防止液体进入;
传感器安装板3-2-6上端具有传感器安装定位孔,并通过螺栓固定在纵向龙骨结构3-2-1底面上端面。
密封角片3-2-4焊接在密封端面3-2-3的侧端面,上端圆弧面与艇体模型壳体2密封粘接。
中密封舱龙骨结构3-2,主要作用包括:
(1)具有密封端面,可以通过密封盖打开前密封舱,进行传感器的安装定位;
(2)采用了纵向龙骨结构与肋板相结合的设计方法,具有良好的强度刚度,可以较好的确保艇体模型复材外壳的形状精度。
本发明实施例提供的一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置,艇体采用了三舱独立水密的设计方法,有效保证了艇体模型的水密性与安全性;艇体内部设计了重心惯量调试结构,可以实现模型内部配重结构的紧固定位,避免艇体模型在水下运动过程中配重系统出现松动影响模型的初始状态,从而导致试验结果异常。
综上所述,本发明实施例提供的一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置,至少具有如下优势:
(1)提供了一种水下密封艇体的设计方法,在确保外形精度条件下,可以承载水下20m的水压;
(2)模型分为3个水密舱,每个舱单独密封,具有良好的密封特性与水下安全性;
(3)前密封舱与后密封舱具有密封端面,可以通过密封盖打开前密封舱,进行重心惯量的调试与传感器的安装定位;
(4)前密封舱和后密封舱内部具有重心高度配重固定结构与前后重心及惯量配重调试固定结构,可以快速有效开展模型重心惯量的调试;
(5)前密封舱和后密封舱内部前后重心及惯量配重结构采用了侧面配重螺杆与配重块压紧螺母结构将配重块紧固定位,具有良好的稳定性;
(6)中密封舱采用了纵向龙骨结构与肋板相结合的设计方法,具有良好的强度刚度,可以较好的确保艇体模型复材外壳的形状精度。
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 (6)

1.一种重心惯量高自由度调节的水密艇体试验模型装置,其特征在于,包括:前密封舱(1)、艇体模型外壳(2)、艇体龙骨结构(3)、中密封舱(4)和后密封舱(5),
其中,前密封舱(1)为独立密封舱,内部金属结构肋板与艇体模型外壳(2)粘接,形成独立的密封腔体;
艇体龙骨结构(3)为艇体模型内部的金属结构焊接件,通过肋板与模型的艇体模型外壳(2)粘接;
中密封舱(4)内部金属结构肋板与艇体模型外壳(2)粘接,形成独立的密封腔体;
后密封舱(5)为独立的密封舱,通过肋板与艇体模型外壳(2)粘接,形成一个密封腔体;
其中,前密封舱(1)和后密封舱(5)用于进行重心惯量的调试与传感器的安装定位,设有重心高度配重固定结构与前后重心及惯量配重调试固定结构;
中密封舱(4)用于进行传感器的安装定位;
艇体龙骨结构(3)包括:前密封舱龙骨结构(3-1)、中密封舱龙骨结构(3-2)和后密封舱龙骨结构(3-3),
其中,前密封舱龙骨结构(3-1)和后密封舱龙骨结构(3-3)均利用配重块实现模型重心与惯量的调试以及传感器的安装定位;
中密封舱龙骨结构(3-2)为金属焊接件,与前密封舱龙骨结构(3-1)和后密封舱龙骨结构(3-3)焊接固定,内部具有传感器安装板(3-2-6),用于固定定位试验传感器;
后密封舱龙骨结构(3-3)与前密封舱龙骨结构(3-1)的结构和作用相同,前密封舱龙骨结构(3-1)包括:重心高度配重块(3-1-1)、第一密封端面(3-1-2)、肋板A(3-1-3)、重心高度配重固定螺杆(3-1-4)、前后重心及惯量配重结构(3-1-5)、侧面配重螺杆(3-1-6)、配重块压紧螺母(3-1-7)、底部固定支撑结构(3-1-8)、肋板B(3-1-9)、上固定端面(3-1-10)和角片密封端面(3-1-11),
其中,重心高度配重块(3-1-1),定位在重心高度配重固定螺杆(3-1-4)上;
第一密封端面(3-1-2)具有圆形开孔,两侧通过环氧树脂和复合材料与艇体模型外壳(2)内部粘接固定;
肋板A(3-1-3)为环形金属件,与艇体模型外壳(2)内部粘接,支撑艇体模型外壳(2)的外形;
重心高度配重固定螺杆(3-1-4)为标准螺杆,前后两端通过焊接的方式固定在肋板A(3-1-3)与肋板B(3-1-9)侧端面;
前后重心及惯量配重结构(3-1-5)为定额配重块,通过第一密封端面(3-1-2)圆形开孔放入密封舱内部,定位在两根侧面配重螺杆(3-1-6)上,通过配重块压紧螺母(3-1-7)紧固定位,底部固定支撑结构(3-1-8)通过焊接的方式固定在肋板A(3-1-3)与肋板B(3-1-9)侧端面;
肋板B(3-1-9)为环形金属件,与艇体模型外壳(2)内部粘接,支撑艇体模型外壳(2)的外形;
上固定端面(3-1-10)焊接固定在角片密封端面(3-1-11)与肋板B(3-1-9)侧端;
中密封舱龙骨结构(3-2)包括:纵向龙骨结构(3-2-1)、肋板C(3-2-2)、第二密封端面(3-2-3)、密封角片(3-2-4)、垂向固定结构(3-2-5)、传感器安装板(3-2-6)和横向固定结构(3-2-7),
其中,纵向龙骨结构(3-2-1)共计四根,通过垂向固定结构(3-2-5)、横向固定结构(3-2-7)、肋板C(3-2-2)以及前密封舱龙骨结构(3-1)和后密封舱龙骨结构(3-3)焊接固定连接,形成箱体结构;
第二密封端面(3-2-3)具有圆形开孔,两侧通过环氧树脂和复合材料与艇体模型外壳(2)内部粘接固定;
传感器安装板(3-2-6)上端具有传感器安装定位孔,并通过螺栓固定在纵向龙骨结构(3-2-1)底面上端面;
密封角片(3-2-4)焊接在第二密封端面(3-2-3)的侧端面,上端圆弧面与艇体模型外壳(2)密封粘接。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,
前密封舱(1)内部金属结构肋板与艇体模型外壳(2)通过环氧树脂紧密粘接。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,
艇体模型外壳(2)为复材外形。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,
中密封舱(4)内部金属结构肋板与艇体模型外壳(2)通过环氧树脂紧密粘接。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,
第一密封端面(3-1-2)周边具有O型密封圈固定槽,通过密封圈进行密封固定。
6.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,
第二密封端面(3-2-3)周边具有O型密封圈固定槽,通过密封圈进行密封固定。
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