CN114379820A - 一种变角度变速度的模型出入水装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机电液及自动化技术领域，公开了一种变角度变速度的模型出入水装置，用于模拟飞行器在不同角度、不同速度工况下的出入水运动。该变角度变速度的模型出入水装置由机械结构系统、动力驱动系统、测控系统组成：采用伺服油缸驱动出入水轨道转动的结构形式，由测控系统控制出入水轨道运行并精确定位，实现了飞行器模型出入水角度宽范围变化和精确定位；采用两组液压马达组合驱动主动轮、从动轮随动，拖动同步带携模型车运动的结构形式，由测控系统控制液压马达运行，实现了模型车携飞行器模型沿出入水导轨的低、中、高变速运动；最终实现飞行器模型与试验水槽水平面成夹角30°～90°、速度0.8m/s～20m/s范围内的多种工况的出入水运动。

Description

一种变角度变速度的模型出入水装置

技术领域

本发明属于机电液及自动化技术领域，具体涉及一种变角度变速度的模型出入水装置。

背景技术

在空气-水跨界飞行中，飞行器存在不同角度、不同速度的出入水飞行状态。模拟飞行器在不同角度、不同速度工况下的出入水运动，进而研究飞行器跨空气-水飞行特性，是一项比较新颖，且难度较大的试验技术。为此，设计一种变角度变速度的模型出入水装置，实现飞行器模型在不同角度、不同速度工况下的出入水运动，是非常有必要的，为飞行器跨空气-水飞行特性研究提供重要的手段支撑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变角度变速度的模型出入水装置。

本发明的变角度变速度的模型出入水装置，其特点是，所述的模型出入水装置包括机械结构系统、动力驱动系统和测控系统；机械结构系统包括水槽轨道、水槽轨道车、出入水轨道、前导向车、固定支杆、主动轮、从动轮、同步带和模型车；动力驱动系统包括液压油源系统、伺服油缸、1#液压马达、2#液压马达、伺服油缸进/回油管路、1#马达进/回油管路和2#马达进/回油管路；测控系统包括逻辑运动控制器、液压马达控制器、1#液压马达编码器、2#液压马达编码器、伺服油缸控制/反馈电缆、专用总线电缆、1#液压马达控制/反馈电缆、2#液压马达控制/反馈电缆、1#液压马达编码器反馈电缆、2#液压马达编码器反馈电缆、1#液压马达编码器分路反馈电缆和油源控制/反馈电缆；

机械结构系统的水槽轨道固定在试验水槽两侧池壁顶部；水槽轨道车和前导向车自带锁紧装置，锁紧装置在水槽轨道上水平移动与锁紧；出入水轨道的中段设置有若干个支撑铰点，每个试验工况选择其中一个支撑铰点与水槽轨道车的首部相连；伺服油缸的伸出端部通过铰点与出入水轨道的尾部相连；固定支杆的一端固定在出入水轨道靠近出入水轨道下端的位置，固定支杆的另一端装卡在前导向车的竖直轨道上进行竖直滑动与锁紧；出入水轨道的上端安装主动轮，下端安装从动轮，同步带张紧在主动轮和从动轮上，同步带与带轮之间齿啮合；模型车固定安装在同步带上，飞行器模型固定安装在模型车上；

动力驱动系统的1#液压马达、2#液压马达同轴安装在出入水轨道上端的主动轮的两侧；液压油源系统分别通过伺服油缸进/回油管路、1#液压马达进/回油管路、2#液压马达进/回油管路与伺服油缸、1#液压马达、2#液压马达相连；液压油源系统同时为伺服油缸、1#液压马达、2#液压马达提供工作所需油液；

伺服油缸的伸出/缩回运动，实现出入水轨道绕支撑铰点的转动；当出入水轨道转动时，固定支杆装卡在前导向车的竖直轨道上的端头沿前导向车的竖直轨道上下滑动，同时前导向车或者水槽轨道车随动以配合出入水轨道的转动，在出入水轨道与试验水槽水平面的夹角到位后，锁紧水槽轨道车、前导向车和固定支杆，以固定出入水轨道与试验水槽水平面的夹角；变换试验工况时改变出入水轨道的支撑铰点，改变出入水轨道与试验水槽水平面的夹角，同时保证出入水轨道分布于水面上下两侧的长度满足本次试验工况需求；1#液压马达和2#液压马达同步驱动主动轮，从动轮随动，继而拖动同步带携模型车运动，进而实现模型车携飞行器模型沿出入水轨道单侧作出入水运动；

测控系统的逻辑运动控制器通过伺服油缸控制/反馈电缆与伺服油缸相连，通过专用总线电缆与液压马达控制器相连；液压马达控制器分别通过1#液压马达控制/反馈电缆、2#液压马达控制/反馈电缆与1#液压马达、2#液压马达相连；液压马达控制器分别通过1#液压马达编码器反馈电缆、2#液压马达编码器反馈电缆与1#液压马达编码器、2#液压马达编码器相连；逻辑运动控制器通过1#液压马达编码器分路反馈电缆与1#马达编码器相连；逻辑运动控制器通过油源控制/反馈电缆与液压油源系统相连；

逻辑运动控制器控制液压油源系统运行，并监测液压油源系统的运行状态；逻辑运动控制器控制伺服油缸作伸出/缩回运动并定位，进而实现出入水轨道的变角度运动及定位，同时实现对伺服油缸运行状态的实时监测；液压马达控制器采集1#液压马达编码器、2#液压马达编码器的速度信息，构成速度闭环，进一步采用二次调节压力耦联静液传动控制方式，实现对1#液压马达、2#液压马达的同步变速控制，最终实现模型车携飞行器模型出入水运动的变速控制，同时实现对1#液压马达、2#液压马达运行状态的实时监测；

逻辑运动控制器通过1#液压马达编码器分路反馈电缆采集1#液压马达的位置信息，换算为飞行器模型位置信息，实现飞行器模型出入水运动的全过程位置监测，进而确保飞行器模型在安全行程范围内运行；即测控系统通过对伺服油缸的运动控制及定位，保证了飞行器模型出入水运动的角度；通过对1#液压马达、2#液压马达的同步变速控制，保证了飞行器模型出入水运动的速度；通过使用1#液压马达位置换算的飞行器模型位置信息，保证了飞行器模型出入水运动的安全管控。

进一步地，所述的出入水轨道与试验水槽水平面的夹角范围为30°～90°。

进一步地，所述的出入水轨道与试验水槽水平面在夹角范围内变化时，出入水轨道分布在水面上下两侧的长度满足模型试验加速、匀速、减速的运动行程需求。

进一步地，所述的主动轮两侧的1#液压马达和2#液压马达的规格相同，均采用由2台液压马达组成的串列马达形式。

进一步地，所述的模型车携飞行器模型沿出入水轨道单侧作出入水运动的速度范围为0.8m/s～20m/s。

本发明的变角度变速度的模型出入水装置采用伺服油缸驱动出入水轨道转动的结构形式，实现了飞行器模型出入水角度的宽范围变化；采用两组液压马达同步变速驱动主动轮、从动轮随动，拖动同步带携模型车运动的结构形式，实现了模型车携飞行器模型沿出入水导轨的变速运动；配合多支撑铰点设计，能够满足飞行器模型与水面成30°～90°夹角、速度0.8m/s～20m/s范围内多种工况模拟试验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单介绍。以下描述中的附图仅是本发明的实施例，对于本领域技术人员而言，可以根据这些附图所示实施例得到其他实施例及其附图。

图1为本发明的变角度变速度的模型出入水装置的结构示意图。

图中，1.水槽轨道；2.水槽轨道车；3.出入水轨道；4.前导向车；5.固定支杆；6.主动轮；7.从动轮；8.同步带；9.模型车；10.支撑铰点；11.液压油源系统；12.伺服油缸；13.1#液压马达；14.2#液压马达；15.伺服油缸进/回油管路；16.1#液压马达进/回油管路；17.2#液压马达进/回油管路；18.逻辑运动控制器；19.液压马达控制器；20.1#液压马达编码器；21.2#液压马达编码器；22.伺服油缸控制/反馈电缆；23.专用总线电缆；24.1#液压马达控制/反馈电缆；25.2#液压马达控制/反馈电缆；26.1#液压马达编码器反馈电缆；27.2#液压马达编码器反馈电缆；28.1#液压马达编码器分路反馈电缆；29.油源控制/反馈电缆。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的一个实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述实施例仅是本发明的一个实施例，而不是全部实施例，本领域技术人员基于本发明，可获得更多实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例为了模拟飞行器模型在不同角度、不同速度工况下的出入水运动，设计了一种变角度变速度的模型出入水装置。包括：水槽轨道1、水槽轨道车2、出入水轨道3、前导向车4、固定支杆5、主动轮6、从动轮7、同步带8、模型车9、支撑铰点10、液压油源系统11、伺服油缸12、1#液压马达13、2#液压马达14、伺服油缸进/回油管路15、1#液压马达进/回油管路16、2#液压马达进/回油管路17、逻辑运动控制器18、液压马达控制器19、1#液压马达编码器20、2#液压马达编码器21、伺服油缸控制/反馈电缆22、专用总线电缆23、1#液压马达控制/反馈电缆24、2#液压马达控制/反馈电缆25、1#液压马达编码器反馈电缆26、2#液压马达编码器反馈电缆27、1#液压马达外置编码器分路反馈电缆28和油源控制/反馈电缆29。

水槽轨道1固定在试验水槽两侧池壁顶部；水槽轨道车2、前导向车4自带锁紧装置，可在水槽轨道1上水平移动和锁紧；出入水轨道3的中段设置有3个支撑铰点10，出入水轨道3通过中间的支撑铰点10与水槽轨道车2的首部相连，伺服油缸12的伸出端部通过铰点与出入水轨道3的尾部相连；固定支杆5的一端固定在出入水轨道3上，固定支杆5的另一端装卡在前导向车4的竖直轨道上，可实现竖直滑动与锁紧；出入水轨道3的上端安装主动轮6，下端安装从动轮7，同步带8张紧在主动轮6和从动轮7上，同步带8与带轮之间齿啮合；模型车9固定安装在同步带8上，飞行器模型固定安装在模型车9上；1#液压马达13、2#液压马达14同轴安装在出入水轨道3上端的主动轮6的两侧；

液压油源系统11同时为伺服油缸12、1#液压马达13、2#液压马达14提供工作所需油液。液压油源系统11分别通过伺服油缸进/回油管路15、1#液压马达进/回油管路16、2#液压马达进/回油管路17与伺服油缸12、1#液压马达13、2#液压马达14相连；

逻辑运动控制器18通过伺服油缸控制/反馈电缆22与伺服油缸12相连，通过专用总线电缆23与液压马达控制器19相连；液压马达控制器19分别通过1#液压马达控制/反馈电缆24、2#液压马达控制/反馈电缆25与1#液压马达13、2#液压马达14相连；液压马达控制器19分别通过1#液压马达编码器反馈电缆26、2#液压马达编码器反馈电缆27与1#液压马达编码器20、2#液压马达编码器21相连；逻辑运动控制器18通过1#液压马达编码器分路反馈电缆28与1#马达编码器20相连；逻辑运动控制器18通过油源控制/反馈电缆29与液压油源系统11相连。

伺服油缸12的伸出/缩回运动，实现出入水轨道3绕支撑铰点10的转动；当出入水轨道3转动时，固定支杆5的端头沿前导向车4的竖直轨道上下滑动，同时前导向车4或水槽轨道车2随动，配合出入水轨道3的转动，并在转动角度到位后固定锁紧水槽轨道车2、前导向车4和固定支杆5，最终实现出入水轨道3与试验水槽水平面的夹角的角度变化。通过变换出入水轨道3的支撑铰点10，保证出入水轨道3与试验水槽水平面成夹角30°～90°范围变化，同时确保出入水轨道3分布于水面上下两侧的长度满足各种试验工况需求。

1#液压马达13、2#液压马达14规格相同，根据系统需要，1#液压马达13、2#液压马达14均采用由2台液压马达组成的串列马达形式，机械同步驱动主动轮6，从动轮7随动运动，继而拖动同步带8运动并携模型车9运动，进而实现模型车9携飞行器模型沿出入水轨道3单侧作出入水运动，实现飞行器模型速度范围0.8m/s～20m/s的出入水运动。

逻辑运动控制器18实现对液压油源系统11的运行控制，以及压力、流量、温度、故障等信息与状态的监测。逻辑运动控制器18控制伺服油缸12作伸出/缩回运动，并精确定位，进而实现出入水轨道3的变角度运动及角度精确定位，同步监测伺服油缸12运动速度、油压、位移、故障等信息与状态。液压马达控制器19采集1#液压马达编码器20、2#液压马达编码器21的速度信息，构成速度闭环，进一步采用二次调节压力耦联静液传动控制方式，实现对1#液压马达13、2#液压马达14的同步变速控制，最终实现模型车9携飞行器模型出入水运动的变速控制，同步实现对1#液压马达13、2#液压马达14运动转速、油压、故障等信息与状态监测。逻辑运动控制器18通过1#液压马达编码器分路反馈电缆28采集1#液压马达13的位置信息，换算获得飞行器模型位置信息，用于飞行器模型出入水运动的全过程位置监测，进而确保飞行器模型在安全行程范围内运行。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种变角度变速度的模型出入水装置，其特征在于，所述的模型出入水装置包括机械结构系统、动力驱动系统和测控系统；机械结构系统包括水槽轨道（1）、水槽轨道车（2）、出入水轨道（3）、前导向车（4）、固定支杆（5）、主动轮（6）、从动轮（7）、同步带（8）和模型车（9）；动力驱动系统包括液压油源系统（11）、伺服油缸（12）、1#液压马达（13）、2#液压马达（14）、伺服油缸进/回油管路（15）、1#马达进/回油管路（16）和2#马达进/回油管路（17）；测控系统包括逻辑运动控制器（18）、液压马达控制器（19）、1#液压马达编码器（20）、2#液压马达编码器（21）、伺服油缸控制/反馈电缆（22）、专用总线电缆（23）、1#液压马达控制/反馈电缆（24）、2#液压马达控制/反馈电缆（25）、1#液压马达编码器反馈电缆（26）、2#液压马达编码器反馈电缆（27）、1#液压马达编码器分路反馈电缆（28）和油源控制/反馈电缆（29）；

机械结构系统的水槽轨道（1）固定在试验水槽两侧池壁顶部；水槽轨道车（2）和前导向车（4）自带锁紧装置，锁紧装置在水槽轨道（1）上水平移动与锁紧；出入水轨道（3）的中段设置有若干个支撑铰点（10），每个试验工况选择其中一个支撑铰点（10）与水槽轨道车（2）的首部相连；伺服油缸（12）的伸出端部通过铰点与出入水轨道（3）的尾部相连；固定支杆（5）的一端固定在出入水轨道（3）靠近出入水轨道（3）下端的位置，固定支杆（5）的另一端装卡在前导向车（4）的竖直轨道上进行竖直滑动与锁紧；出入水轨道（3）的上端安装主动轮（6），下端安装从动轮（7），同步带（8）张紧在主动轮（6）和从动轮（7）上，同步带（8）与带轮之间齿啮合；模型车（9）固定安装在同步带（8）上，飞行器模型固定安装在模型车（9）上；

动力驱动系统的1#液压马达（13）、2#液压马达（14）同轴安装在出入水轨道（3）上端的主动轮（6）的两侧；液压油源系统（11）分别通过伺服油缸进/回油管路（15）、1#液压马达进/回油管路（16）、2#液压马达进/回油管路（17）与伺服油缸（12）、1#液压马达（13）、2#液压马达（14）相连；液压油源系统（11）同时为伺服油缸（12）、1#液压马达（13）、2#液压马达（14）提供工作所需油液；

伺服油缸（12）的伸出/缩回运动，实现出入水轨道（3）绕支撑铰点（10）的转动；当出入水轨道（3）转动时，固定支杆（5）装卡在前导向车（4）的竖直轨道上的端头沿前导向车（4）的竖直轨道上下滑动，同时前导向车（4）或者水槽轨道车（2）随动以配合出入水轨道（3）的转动，在出入水轨道（3）与试验水槽水平面的夹角到位后，锁紧水槽轨道车（2）、前导向车（4）和固定支杆（5），以固定出入水轨道（3）与试验水槽水平面的夹角；变换试验工况时改变出入水轨道（3）的支撑铰点（10），改变出入水轨道（3）与试验水槽水平面的夹角，同时保证出入水轨道（3）分布于水面上下两侧的长度满足本次试验工况需求；1#液压马达（13）和2#液压马达（14）同步驱动主动轮（6），从动轮（7）随动，继而拖动同步带（8）携模型车（9）运动，进而实现模型车（9）携飞行器模型沿出入水轨道（3）单侧作出入水运动；

测控系统的逻辑运动控制器（18）通过伺服油缸控制/反馈电缆（22）与伺服油缸（12）相连，通过专用总线电缆（23）与液压马达控制器（19）相连；液压马达控制器（19）分别通过1#液压马达控制/反馈电缆（24）、2#液压马达控制/反馈电缆（25）与1#液压马达（13）、2#液压马达（14）相连；液压马达控制器（19）分别通过1#液压马达编码器反馈电缆（26）、2#液压马达编码器反馈电缆（27）与1#液压马达编码器（20）、2#液压马达编码器（21）相连；逻辑运动控制器（18）通过1#液压马达编码器分路反馈电缆（28）与1#马达编码器（20）相连；逻辑运动控制器（18）通过油源控制/反馈电缆（29）与液压油源系统（11）相连；

逻辑运动控制器（18）控制液压油源系统（11）运行，并监测液压油源系统（11）的运行状态；逻辑运动控制器（18）控制伺服油缸（12）作伸出/缩回运动并定位，进而实现出入水轨道（3）的变角度运动及定位，同时实现对伺服油缸（12）运行状态的实时监测；液压马达控制器（19）采集1#液压马达编码器（20）、2#液压马达编码器（21）的速度信息，构成速度闭环，进一步采用二次调节压力耦联静液传动控制方式，实现对1#液压马达（13）、2#液压马达（14）的同步变速控制，最终实现模型车（9）携飞行器模型出入水运动的变速控制，同时实现对1#液压马达（13）、2#液压马达（14）运行状态的实时监测；

逻辑运动控制器（18）通过1#液压马达编码器分路反馈电缆（28）采集1#液压马达（13）的位置信息，换算为飞行器模型位置信息，实现飞行器模型出入水运动的全过程位置监测，进而确保飞行器模型在安全行程范围内运行；即测控系统通过对伺服油缸（12）的运动控制及定位，保证了飞行器模型出入水运动的角度；通过对1#液压马达（13）、2#液压马达（14）的同步变速控制，保证了飞行器模型出入水运动的速度；通过使用1#液压马达（13）位置换算的飞行器模型位置信息，保证了飞行器模型出入水运动的安全管控。

2.根据权利要求1所述的变角度变速度的模型出入水装置，其特征在于，所述的出入水轨道（3）与试验水槽水平面的夹角范围为30°～90°，出入水轨道（3）与试验水槽水平面在夹角范围内变化时，出入水轨道（3）分布在水面上下两侧的长度满足模型试验加速、匀速、减速的运动行程需求。

3.根据权利要求1所述的变角度变速度的模型出入水装置，其特征在于，所述的主动轮（6）两侧的1#液压马达（13）和2#液压马达（14）的规格相同，均采用由2台液压马达组成的串列马达形式。

4.根据权利要求1所述的变角度变速度的模型出入水装置，其特征在于，所述的模型车（9）携飞行器模型沿出入水轨道（3）单侧作出入水运动的速度范围为0.8m/s～20m/s。

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