CN114397006B - 一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统 - Google Patents

一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，包括水槽，水槽的两侧分别滑动设置同步运行的第一拖车和第二拖车，第一拖车和第二拖车上分别固定设置第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆的上端固定设置第一横板，第一横板上固定设置第一转动驱动机构；第一转动驱动机构的输出端设置螺纹丝杆，螺纹丝杆上螺纹连接第二横板，第二横板的两端分别滑动设置在第一连接杆和第二连接杆上。本发明可进行直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、操舵状态下螺旋桨流噪声测量、振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量以及振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量。

Description

一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统
技术领域
本发明涉及流噪声测量技术领域，具体涉及一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统。
背景技术
舰船水下辐射噪声是海洋噪声污染的最大噪声源之一，也是水面舰船、水下潜器以及水中兵器等的研究热点和重点；而推进器噪声是舰船三大噪声源之一，其噪声的控制一直是技术瓶颈问题，是制约水下武器装备打击力和生命力的重要因素；此外，在民用船舶方面，随着船舶运营活动的增加，船舶水下辐射噪声对海洋环境和海洋生物的影响也受到了越来越多的关注。
螺旋桨作为一种常见的推进器，被广泛地应用在海军装备以及航空航天领域，其水动力性能和噪声性能等一直是研究和设计建造人员非常关心的问题；且实际航行中，水面舰船或水下航行器等难免会工作在恶劣海况或者机动状态下，此时螺旋桨会产生振荡运动或者操作运动；而随着人们对实际工况条件下螺旋桨运动性能的要求越来越高，预测振动和操舵运动状态下的螺旋桨性能的要求被进一步提出。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种多工况的振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，包括水槽，水槽的两侧分别滑动设置有同步运行的第一拖车和第二拖车，第一拖车和第二拖车上分别固定设置有第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆的上端固定设置有第一横板，第一横板上固定设置有第一转动驱动机构；
第一转动驱动机构的输出端设置有螺纹丝杆，螺纹丝杆上螺纹连接有第二横板，第二横板的两端分别滑动设置在第一连接杆和第二连接杆上；
第二横板上固定设置有第二转动驱动机构，第二转动驱动机构的输出端设置有第三连接杆，第三连接杆的下端固定设置有螺旋桨系统和圆盘，圆盘上设置有水听器。
采用上述技术方案的有益效果为：水听器可进行直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、操舵状态下螺旋桨流噪声测量、振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量以及振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量；
直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量时，保持螺旋桨的推进方向平行于水槽的长度方向；斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量时，通过第二转动驱动机构使螺旋桨的推进方向倾斜于水槽的长度方向；
操舵状态下螺旋桨流噪声测量时，仅运行第二转动驱动机构，第二转动驱动机构的输出端驱动螺旋桨系统和圆盘，使螺旋桨系统和圆盘均发生转动，进而模拟螺旋桨在操舵状态下的情况；
振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量时，仅运行第一转动驱动机构，第一转动驱动机构的输出端驱动螺纹丝杆转动，使第二横板沿第一连接杆和第二连接杆的长度方向滑动，从而使固定在第二横板上的螺旋桨系统和圆盘均发生振荡运动，进而模拟螺旋桨在振荡运动状态下的情况；
振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量，同时运行第一转动驱动机构和第二转动驱动机构，从而模拟螺旋桨在振荡运动和操舵状态下的情况。
进一步地，第一转动驱动机构和第二转动驱动机构均为步进电机，且第一转动驱动机构和第二转动驱动机构分别电连接第一编码器和第二编码器。
采用上述技术方案的有益效果为：螺旋桨系统的振荡形式通过输入运动方程的方式写入第一编码器，第一编码器控制步进电机，步进电机通过控制螺纹丝杆的旋转速率和旋转方向，从而实现第二横板沿竖直方向的振荡，进而使螺旋桨系统产生振荡；螺旋桨系统的操舵运动形式通过输入运动方程的形式写入第二编码器，第二编码器控制步进电机，步进电机通过控制第三连接杆的旋转速率和旋转方向，从而实现螺旋桨系统和圆盘同步的往复摆动，进而使螺旋桨系统在操舵状态下运动。
进一步地，螺旋桨系统包括固定设置在第三连接杆下端的舱体、设置在舱体内的电机和设置在舱体外的螺旋桨，电机的输出端固定设置螺旋桨。
采用上述技术方案的有益效果为：舱体为电机等部件提供防水保护；螺旋桨设置在舱体外，且电机的输出端固定设置螺旋桨，使螺旋桨在水中转动，以模拟螺旋桨在水中运行的情况。
进一步地，电机与螺旋桨之间设置有用于测量螺旋桨推力和扭矩的测力天平。
采用上述技术方案的有益效果为：测力天平测量螺旋桨工作时的推力和扭矩。
进一步地，第二横板的下端固定设置有第四连接杆和第五连接杆，第四连接杆和第五连接杆的下端固定设置有第三横板，第三横板上固定设置第二转动驱动机构；第三连接杆上固定设置有转向板，转向板的一侧固定设置有转向杆，转向杆的下端固定设置在圆盘上。
采用上述技术方案的有益效果为：第四连接杆和第五连接杆将第三横板固定在第二横板上，为第二转动驱动机构提供安装空间；转向板用于增大主动力臂，而转向杆则使圆盘位于螺旋桨系统的下方，避免圆盘与螺旋桨系统在安装时产生干扰。
进一步地，水槽为透明水槽。
采用上述技术方案的有益效果为：水槽为透明水槽，便于实验者观察实验过程中水槽内实验机构的运行情况。
进一步地，圆盘上沿径向设置有若干水听器。
采用上述技术方案的有益效果为：圆盘上沿径向设置若干水听器，方便记录不同位置的噪声频谱和波形。
进一步地，水槽的两侧分别设置有第一导轨和第二导轨，第一拖车和第二拖车的底部分别与第一导轨和第二导轨匹配；第一导轨和第二导轨的侧面沿长度方向设置有齿条，第一拖车和第二拖车上均设置有减速电机，减速电机的输出端设置有与齿条啮合的齿轮。
采用上述技术方案的有益效果为：水槽的两侧设置有第一导轨和第二导轨，第一拖车和第二拖车的底部分别与第一导轨和第二导轨匹配，有利于第一拖车和第二拖车在水槽两侧滑动；另外，齿轮与齿条啮合，当第一拖车和第二拖车上的减速电机驱动齿轮转动时，第一拖车和第二拖车将分别在第一导轨和第二导轨上滑动。
进一步地，第三连接杆为可伸缩杆。
采用上述技术方案的有益效果为：第三连接杆为可伸缩杆，通过可伸缩杆调整螺旋桨系统与水听器之间的距离，实现螺旋桨下方不同位置处的流噪声测量。
进一步地，第二横板的下端固定设置有第六连接杆，第六连接杆的一端转动设置在圆盘下端的中心，圆盘的中心设置在第二转动驱动机构输出端的轴线上。
采用上述技术方案的有益效果为：第二横板的下端固定设置第六连接杆，第六连接杆的一端转动设置在圆盘下端的中心，圆盘的中心设置在第二转动驱动机构输出端的轴线上，使圆盘随第二横板一起沿竖向做振荡运动，且避免第六连接杆对圆盘的转动产生干扰。
本发明的有益效果为：可进行直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、操舵状态下螺旋桨流噪声测量、振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量以及振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量；且结构简单，操作方便，且易于加工和推广。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例局部的结构示意图；
其中，1、水槽，2、第二导轨，3、导轨支架，4、第一转动驱动机构，5、第一编码器，6、第一连接杆，7、第二横板，8、第一拖车，9、转向板，10、转向杆，11、第一导轨，12、圆盘，13、第六连接杆，14、第二拖车、15、底座，16、第二连接杆，17、第一横板，18、螺纹丝杆，19、第四连接杆，20、第三连接杆，21、螺旋桨系统，22、水听器，23、第三横板，24、第二转动驱动机构，25、第二编码器。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图2所示，一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，包括水槽1，水槽1的下端设置有底座15，水槽1的两侧分别滑动设置有同步运行的第一拖车8和第二拖车14，第一拖车8和第二拖车14上分别固定设置有第一连接杆6和第二连接杆16，第一连接杆6和第二连接杆16的上端固定设置有第一横板17，第一横板17上固定设置有第一转动驱动机构4；
第一转动驱动机构4的输出端设置有螺纹丝杆18，螺纹丝杆18上螺纹连接有第二横板7，第二横板7的两端分别滑动设置在第一连接杆6和第二连接杆16上；
第二横板7上固定设置有第二转动驱动机构24，第二转动驱动机构24的输出端设置有第三连接杆20，第三连接杆20的下端固定设置有螺旋桨系统21和圆盘12，圆盘12上设置有水听器22。
水听器22可进行直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、操舵状态下螺旋桨流噪声测量、振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量以及振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量；
直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量时，保持螺旋桨的推进方向平行于水槽1的长度方向；斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量时，通过第二转动驱动机构24使螺旋桨的推进方向倾斜于水槽1的长度方向；
操舵状态下螺旋桨流噪声测量时，仅运行第二转动驱动机构24，第二转动驱动机构24的输出端驱动螺旋桨系统21和圆盘12，使螺旋桨系统21和圆盘12均发生转动，进而模拟螺旋桨在操舵状态下的情况；
振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量时，仅运行第一转动驱动机构4，第一转动驱动机构4的输出端驱动螺纹丝杆18转动，使第二横板7沿第一连接杆6和第二连接杆16的长度方向滑动，从而使固定在第二横板7上的螺旋桨系统21和圆盘12均发生振荡运动，进而模拟螺旋桨在振荡运动状态下的情况；
振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量，同时运行第一转动驱动机构4和第二转动驱动机构24，从而模拟螺旋桨在振荡运动和操舵状态下的情况。
作为可选的实施方式，第一转动驱动机构4和第二转动驱动机构24均为步进电机，且第一转动驱动机构4和第二转动驱动机构24分别电连接第一编码器5和第二编码器25；螺旋桨系统21的振荡形式通过输入运动方程的方式写入第一编码器5，第一编码器5控制步进电机，步进电机通过控制螺纹丝杆18的旋转速率和旋转方向，从而实现第二横板7沿竖直方向的振荡，进而使螺旋桨系统21产生振荡；螺旋桨系统21的操舵运动形式通过输入运动方程的形式写入第二编码器25，第二编码器25控制步进电机，步进电机通过控制第三连接杆20的旋转速率和旋转方向，从而实现螺旋桨系统21和圆盘12同步的往复摆动，进而使螺旋桨系统21在操舵状态下运动。
作为可选的实施方式，螺旋桨系统21包括固定设置在第三连接杆20下端的舱体、设置在舱体内的电机和设置在舱体外的螺旋桨，电机的输出端固定设置螺旋桨；舱体为电机等部件提供防水保护；螺旋桨设置在舱体外，且电机的输出端固定设置螺旋桨，使螺旋桨在水中转动，以模拟螺旋桨在水中运行的情况。
作为可选的实施方式，电机与螺旋桨之间设置有用于测量螺旋桨推力和扭矩的测力天平，测力天平测量螺旋桨工作时的推力和扭矩；其中测力天平可采用六轴力传感器。
作为可选的实施方式，第二横板7的下端固定设置有第四连接杆19和第五连接杆，第四连接杆19和第五连接杆的下端固定设置有第三横板23，第三横板23上固定设置第二转动驱动机构24；第三连接杆20上固定设置有转向板9，转向板9的一侧固定设置有转向杆10，转向杆10的下端固定设置在圆盘12上；第四连接杆19和第五连接杆将第三横板23固定在第二横板7上，为第二转动驱动机构24提供安装空间；转向板9用于增大主动力臂，而转向杆10则使圆盘12位于螺旋桨系统21的下方，避免圆盘12与螺旋桨系统21在安装时产生干扰。
作为可选的实施方式，水槽1为透明水槽，由可视性较好的高强度玻璃制成，便于实验者观察实验过程中水槽1内实验机构的运行情况。
作为可选的实施方式，圆盘12上沿径向设置若干水听器22，方便记录不同位置的噪声频谱和波形。
作为可选的实施方式，水槽1的两侧通过导轨支架3分别设置有第一导轨11和第二导轨2，第一拖车8和第二拖车14的底部分别与第一导轨11和第二导轨2匹配，有利于第一拖车8和第二拖车14在水槽1两侧滑动；第一导轨11和第二导轨2的侧面沿长度方向设置有齿条，第一拖车8和第二拖车14上均设置有减速电机，减速电机的输出端设置有与齿条啮合的齿轮，当第一拖车8和第二拖车14上的减速电机驱动齿轮转动时，第一拖车8和第二拖车14将分别在第一导轨11和第二导轨2上滑动。
作为可选的实施方式，第三连接杆20为可伸缩杆，通过可伸缩杆调整螺旋桨系统21与水听器22之间的距离，实现螺旋桨下方不同位置处的流噪声测量；其中，第三连接杆20可采用电动的可伸缩杆，方便螺旋桨系统21与水听器22之间的距离调整。
作为可选的实施方式，第二横板7的下端固定设置第六连接杆13，第六连接杆13的一端转动设置在圆盘12下端的中心，圆盘12的中心设置在第二转动驱动机构24输出端的轴线上，使圆盘12随第二横板7一起沿竖向做振荡运动，且避免第六连接杆13对圆盘12的转动产生干扰；其余直接或间接与第二横板7相连的实验机构也均可随中横板一起做预先设定的振荡运动。
本发明进行振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量时工作过程为：
根据测量工况确定螺旋桨转速预定值、第一拖车8和第二拖车14的运行速度预定值，以及圆盘12与螺旋桨之间的竖直距离预定值；
通过可伸缩杆桨圆盘12与螺旋桨之间的竖直距离调整到预定值；
启动控制螺旋桨转速的电机，将螺旋桨转速调整到预定值；
将待测螺旋桨的振荡运动规律通过输入运动方程的形式写入第一编码器5，启动第一编码器5电连接的步进电机，使待测螺旋桨按预先设定的规律进行振荡运动；
将待测螺旋桨的操舵运动规律通过输入运动方程的形式写入第二编码器25，启动第二编码器25电连接的步进电机，使待测螺旋桨按预先设定的规律进行操舵运动；
启动减速电机，使第一拖车8和第二拖车14预定运行速度行驶，同时，水听器22纪录流噪声；
待第一拖车8和第二拖车14停止即关闭电机和步进电机；
最后将第一拖车8和第二拖车14倒回原处，根据新的测量工况选定新的运行速度，同时设定好螺旋桨系统21的运动形式，重复实验。

Claims (8)

1.一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，其特征在于，包括水槽(1)，所述水槽(1)的两侧分别滑动设置有同步运行的第一拖车(8)和第二拖车(14)，所述第一拖车(8)和第二拖车(14)上分别固定设置有第一连接杆(6)和第二连接杆(16)，所述第一连接杆(6)和第二连接杆(16)的上端固定设置有第一横板(17)，所述第一横板(17)上固定设置有第一转动驱动机构(4)；
所述第一转动驱动机构(4)的输出端设置有螺纹丝杆(18)，所述螺纹丝杆(18)上螺纹连接有第二横板(7)，所述第二横板(7)的两端分别滑动设置在第一连接杆(6)和第二连接杆(16)上；所述第二横板(7)上固定设置有第二转动驱动机构(24)，所述第二转动驱动机构(24)的输出端设置有第三连接杆(20)，所述第三连接杆(20)的下端固定设置有螺旋桨系统(21)和圆盘(12)，所述圆盘(12)上设置有水听器(22)；所述第二横板(7)的下端固定设置有第四连接杆(19)和第五连接杆，所述第四连接杆(19)和第五连接杆的下端固定设置有第三横板(23)，所述第三横板(23)上固定设置第二转动驱动机构(24)；
所述第三连接杆(20)上固定设置有转向板(9)，所述转向板(9)的一侧固定设置有转向杆(10)，所述转向杆(10)的下端固定设置在圆盘(12)上；所述第二横板(7)的下端固定设置有第六连接杆(13)，所述第六连接杆(13)的一端转动设置在圆盘(12)下端的中心，所述圆盘(12)的中心设置在第二转动驱动机构(24)输出端的轴线上；
水听器(22)可进行直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、操舵状态下螺旋桨流噪声测量、振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量以及振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量；
直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量时，保持螺旋桨的推进方向平行于水槽(1)的长度方向；斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量时，通过第二转动驱动机构(24)使螺旋桨的推进方向倾斜于水槽(1)的长度方向；
操舵状态下螺旋桨流噪声测量时，仅运行第二转动驱动机构(24)，第二转动驱动机构(24)的输出端驱动螺旋桨系统(21)和圆盘(12)，使螺旋桨系统(21)和圆盘(12)均发生转动，进而模拟螺旋桨在操舵状态下的情况；
振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量时，仅运行第一转动驱动机构(4)，第一转动驱动机构(4)的输出端驱动螺纹丝杆(18)转动，使第二横板(7)沿第一连接杆(6)和第二连接杆(16)的长度方向滑动，从而使固定在第二横板(7)上的螺旋桨系统(21)和圆盘(12)均发生振荡运动，进而模拟螺旋桨在振荡运动状态下的情况；
振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量，同时运行第一转动驱动机构(4)和第二转动驱动机构(24)，从而模拟螺旋桨在振荡运动和操舵状态下的情况。
2.根据权利要求1所述的振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，其特征在于，所述第一转动驱动机构(4)和第二转动驱动机构(24)均为步进电机，且所述第一转动驱动机构(4)和第二转动驱动机构(24)分别电连接第一编码器(5)和第二编码器(25)。
3.根据权利要求1所述的振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，其特征在于，所述螺旋桨系统(21)包括固定设置在第三连接杆(20)下端的舱体、设置在舱体内的电机和设置在舱体外的螺旋桨，所述电机的输出端固定设置螺旋桨。
4.根据权利要求3所述的振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，其特征在于，所述电机与螺旋桨之间设置有用于测量螺旋桨推力和扭矩的测力天平。
5.根据权利要求1所述的振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，其特征在于，所述水槽(1)为透明水槽。
6.根据权利要求1所述的振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，其特征在于，所述圆盘(12)上沿径向设置若干水听器(22)。
7.根据权利要求1所述的振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，其特征在于，所述水槽(1)的两侧分别设置有第一导轨(11)和第二导轨(2)，所述第一拖车(8)和第二拖车(14)的底部分别与第一导轨(11)和第二导轨(2)匹配；所述第一导轨(11)和第二导轨(2)的侧面沿长度方向设置有齿条，所述第一拖车(8)和第二拖车(14)上均设置有减速电机，所述减速电机的输出端设置有与齿条啮合的齿轮。
8.根据权利要求1所述的振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，其特征在于，所述第三连接杆(20)为可伸缩杆。
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