CN114993729B - 一种波浪滑翔机推进性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及波浪滑翔机技术领域，尤其涉及一种波浪滑翔机推进性能测试装置及方法，一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，包括：水池、航车、Z轴模组滑台、模组‑拉力传感器铰接机构；所述航车设置在所述水池上方的滑轨上；所述Z轴模组滑台通过定位垫板与所述航车通过螺栓固定连接；所述Z轴模组滑台的下方垫板与所述模组‑拉力传感器铰接机构的上方垫板通过螺栓固定连接。垂向激励装置能够随水下牵引机做连续多个周期的同步前进运动。通过控制航车速度来调整脐带缆倾斜角度，使所述航车和所述Z轴模组滑台构成的垂向激励装置与水下牵引机同步运动，保证实验精度，从而更好地开展水下牵引机水动力性能的实验研究。

Description

一种波浪滑翔机推进性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及波浪滑翔机技术领域，尤其涉及一种波浪滑翔机推进性能测试装置及方法。

背景技术

21世纪以来，海洋资源的探测与开发成为世界各国研究的热点，各种先进的海洋勘测和开发设备应运而生。波浪滑翔机作为一种新型水面无人航行器，主要由水面浮体、水下牵引机以及连接两者的脐带缆三个部分组成。水面浮体提供浮力并通过安装太阳能板为通讯、控制和数据采集提供能量；水下牵引机可以将波浪上下起伏的能量转化为波浪滑翔机的前向驱动力。

目前有关波浪滑翔机推进性能的模拟试验，采用的是在水槽上固定的垂向激励装置驱动水下牵引机的技术方案，此类方案均存在一定缺陷：首先固定式的垂向激励装置不能随水下牵引机做连续多个周期的同步前进运动，难以模拟出水下牵引机的连续运动；此外由于运动距离的限制，也不能模拟出翼板连续的摆动状态，因此模拟的结果与实际运动存在较大差异，试验效果欠佳。另外，试验过程中脐带缆的角度是时刻变化的，在试验中难以控制脐带的缆倾斜角度，因此垂向激励装置与水下牵引机不能保持同步前进运动，影响试验精度。因此，现有技术仍然有待改进和发展。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种波浪滑翔机推进性能测试装置及方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：固定式垂向激励装置不能随水下牵引机作连续多个周期的同步前进运动，难以模拟水下牵引机连续运动，而实际水下牵引机的运动是具有连续性的，同时由于原有装置的非连续性，也不能模拟出翼板连续的摆动状态，因此试验效果欠佳；试验设备在前进运动的过程中，脐带缆的角度是时刻变化的，在试验中难以控制脐带的缆倾斜角度，因此垂向激励装置与水下牵引机不能保持同步前进运动，影响试验精度。

为实现上述目的，本发明提供一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，包括：水池、航车、Z轴模组滑台、模组-拉力传感器铰接机构、拉力传感器、脐带缆、脐带缆-牵引机连接装置、水下牵引机、姿态角度传感器；

所述航车设置在所述水池上方的滑轨上；所述Z轴模组滑台通过定位垫板与所述航车螺栓固定连接；所述Z轴模组滑台的下方垫板与所述模组-拉力传感器铰接机构的上方垫板通过螺栓固定连接。所述定位垫板是一块带有螺丝孔位的矩形钢板，是所述Z轴模组滑台的一部分，用于连接所述Z轴模组滑台与所述航车；所述Z轴模组滑台的下方垫板位于所述Z轴模组滑台的最下端，是一块带有螺丝孔位的矩形钢板，用于连接所述Z轴模组滑台与所述模组-拉力传感器铰接机构；所述模组-拉力传感器铰接机构的上方垫板位于所述Z轴模组滑台的下方垫板的下方，是一块带有螺丝孔位的矩形钢板。

所述拉力传感器设置在所述模组-拉力传感器铰接机构下方；所述拉力传感器与所述模组-拉力传感器铰接机构通过螺栓固定连接；

所述脐带缆设置在所述拉力传感器的下方；所述脐带缆与所述拉力传感器通过固定装置进行连接；所述脐带缆通过所述脐带缆-牵引机连接装置与所述水下牵引机相连接。所述脐带缆-牵引机连接装置由两个铰接装置组成，其作用是可以让水下牵引机与脐带缆产生相对转动，避免两者刚性连接时因强度问题而造成结构性破坏。

所述水下牵引机包括主框架、转动轴，翼板和弹簧，所述转动轴包括固定轴和随动轴；所述水下牵引机置于所述水池中，并完全没入水中。

所述姿态角度传感器布置在所述脐带缆、所述水下牵引机的所述主框架以及所述翼板上，用以监测所述脐带缆、所述水下牵引机的所述主框架以及所述翼板的摆动状态。

所述航车和所述Z轴模组滑台构成的垂向激励装置与所述水下牵引机同步向前运动，便能够模拟出所述水下牵引机的连续运动，同时真实模拟出所述水下牵引机及所述翼板的运动姿态，对所述水下牵引机推进性能的研究有更较佳的指导意义。通过获取的所述姿态角度传感器数据实时调整所述航车速度，控制所述脐带缆倾斜角度，实现航车与所述水下牵引机保持同步前进运动的目的。

进一步地，所述Z轴模组滑台的材质为轻质高强铝合金。

进一步地，所述Z轴模组滑台的宽度、所述水下牵引机的宽度均小于所述水池的宽度。

进一步地，所述Z轴模组滑台与所述航车通过螺栓固定连接中的所述螺栓数量为4个或者6个。

进一步地，所述拉力传感器与所述模组-拉力传感器铰接机构通过螺栓固定连接中的所述螺栓数量为4个或者6个。

本发明还提供一种波浪滑翔机推进性能测试方法，采用所述的一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先将配置某一刚度的所述弹簧组装至所述水下牵引机上，在静水中调整所述翼板以及所述主框架至水平状态；

步骤2：进行所述航车速度与所述水下牵引机前进速度适配测试，首先获取所述姿态角度传感器监测到的所述脐带缆与竖直方向的夹角，进而调整所述航车速度使其与所述水下牵引机保持同步，最终实现所述脐带缆在运动过程中保持竖直状态的目的；

步骤3：获取在该弹簧刚度下所述水下牵引机稳定运行的平均速度，可用来表征所述水下牵引机的推进性能；

步骤4：更换不同弹簧刚度的所述弹簧并重复步骤1-3，通过对每一弹簧刚度下的所述水下牵引机平均速度的对比，可获取相应工况下，使用不同弹簧刚度所述弹簧的所述水下牵引机的推进性能。

本发明还提供一种波浪滑翔机推进性能测试方法，采用所述的一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先使用配置某一长度的所述脐带缆的所述水下牵引机进行试验；

步骤2：进行所述航车速度与所述水下牵引机前进速度适配测试，获取所述姿态角度传感器监测到的所述脐带缆与竖直方向的夹角，进而调整所述航车速度使其与所述水下牵引机保持同步，最终实现所述脐带缆在运动过程中保持竖直状态的目的；

步骤3：获取配备该长度的所述脐带缆下的所述水下牵引机稳定运行的平均速度，可用来表征所述水下牵引机的推进性能；

步骤4：更换配备另一长度的所述脐带缆下的所述水下牵引机，并重复步骤1-3，通过对配备不同长度所述脐带缆下的所述水下牵引机平均速度的对比，可获取相应工况下，使用不同长度所述脐带缆的所述水下牵引机的推进性能。

本发明有益的技术效果如下：

相对于现有固定式试验装置，垂向激励装置能够随水下牵引机做连续多个周期的同步前进运动，能够更加真实地还原出水下牵引机所处的流场环境，进而真实模拟水下牵引机主框架及翼板的运动姿态，对于波浪滑翔机推进性能的试验研究有更加精确的指导作用。

通过控制航车速度来调整脐带缆倾斜角度，使其与水下牵引机同步运动，保证实验精度，从而更好地开展水下牵引机水动力性能的实验研究。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的波浪滑翔机推进性能测试装置整体示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的水下牵引机局部示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的水下牵引机示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种波浪滑翔机推进性能测试装置，该测试装置由以下九个部分组成：水池1、航车2、Z轴模组滑台3、模组-拉力传感器铰接机构4、拉力传感器5、脐带缆6，脐带缆-牵引机连接装置7，水下牵引机8以及姿态角度传感器9。如图2所示，水下牵引机8包括主框架81、转动轴82，翼板83和弹簧84，其中转动轴82包括固定轴821和随动轴822；其中姿态角度传感器52布置在水下牵引机8的主框架81、翼板83以及脐带缆6上。如图3所示，水下牵引机8包括主框架81、转动轴82，翼板83，其中转动轴82包括固定轴821和随动轴822；(图3中弹簧未显示出，其位置参考图2)

进行模拟试验前，需要先配置安装所用的试验装置。

将航车2安装在水池1上方的滑轨上；

将Z轴模组滑台3通过定位垫板使用螺栓固定在航车2上；

将Z轴模组滑台3的下方垫板与模组-拉力传感器铰接机构4的上方垫板通过螺栓相固连；

将模组-拉力传感器铰接机构4通过下方螺栓与拉力传感器5相固连；

将拉力传感器5通过转接机构与下方脐带缆6相连接；

将脐带缆6通过脐带缆-牵引机连接装置7与水下牵引机8相连接；

将姿态角度传感器9布置在脐带缆6、水下牵引机8的主框架81以及翼板83上，用以监测脐带缆6、水下牵引机8的主框架81以及翼板83的摆动状态。

将水下牵引机8置于水池1中，并完全没入水中。

注意事项：在以上配置过程中，所选用的Z轴模组滑台3的材质为质量轻、强度高的铝合金，同时Z轴模组滑台3的宽度、水下牵引机8的宽度要与水池1的宽度相匹配。

将所述航车和所述Z轴模组滑台构成的垂向激励装置装载到拖曳水池1的航车2上，通过监测脐带缆6的姿态来控制航车2速度，使得垂向激励装置随水下牵引机8做同步前进运动，从而模拟出水下牵引机8的连续运动。

在脐带缆6上安装姿态角度传感器9，监测脐带缆6倾角，从而使航车2带动垂向激励装置与水下牵引机8保持同步前进运动。

本发明还提供了一种波浪滑翔机推进性能测试方法，包括如下步骤：

步骤1：首先将某一弹簧刚度的弹簧84组装至水下牵引机8上，在静水中调整翼板83以及主框架81至水平状态；

步骤2：进行航车2速度与牵引机前进速度适配测试，首先获取姿态角度传感器9监测到的脐带缆6与竖直方向的夹角，进而调整航车2速度使其与水下牵引机8保持同步，最终实现脐带缆6在运动过程中保持竖直状态的目的；

步骤3：获取在该弹簧刚度下水下牵引机稳定运行的平均速度，可用来表征水下牵引机8的推进性能；

步骤4：更换不同弹簧刚度的弹簧84并重复步骤1-3，通过对每一弹簧刚度下水下牵引机8平均速度的对比，可获取相应工况下，使用不同弹簧刚度弹簧84的水下牵引机的推进性能。

实施例2：

本实施例与实施例1结构相同，不同之处在于测试方法不同，具体不同之处如下：

一种波浪滑翔机推进性能测试方法，包括如下步骤：

步骤1：首先使用配置某一长度的脐带缆6的水下牵引机8进行试验；

步骤2：进行航车2速度与牵引机前进速度适配测试，首先获取姿态角度传感器9监测到的脐带缆6与竖直方向的夹角，进而调整航车2速度使其与水下牵引机8保持同步，最终实现脐带缆6在运动过程中保持竖直状态的目的；

步骤3：获取配备该长度的脐带缆下的水下牵引机稳定运行的平均速度，可用来表征水下牵引机8的推进性能；

步骤4：更换配备另一长度的脐带缆下的水下牵引机8，并重复步骤1-3，通过对配备不同长度脐带缆下的水下牵引机8平均速度的对比，可获取相应工况下，使用不同长度脐带缆6的水下牵引机的推进性能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，包括：水池、航车、Z轴模组滑台、模组-拉力传感器铰接机构；

所述航车设置在所述水池上方的滑轨上；所述Z轴模组滑台通过定位垫板与所述航车通过螺栓固定连接；所述Z轴模组滑台的下方垫板与所述模组-拉力传感器铰接机构的上方垫板通过螺栓固定连接；

所述定位垫板为带有螺丝孔位的矩形钢板，是所述Z轴模组滑台的一部分，用于连接所述Z轴模组滑台与所述航车；

所述Z轴模组滑台的下方垫板位于所述Z轴模组滑台的最下端，是一块带有螺丝孔位的矩形钢板，用于连接所述Z轴模组滑台与所述模组-拉力传感器铰接机构；

所述模组-拉力传感器铰接机构的上方垫板位于所述Z轴模组滑台的下方垫板的下方，是一块带有螺丝孔位的矩形钢板；

还包括：拉力传感器、脐带缆、脐带缆-牵引机连接装置；水下牵引机；姿态角度传感器；

所述拉力传感器设置在所述模组-拉力传感器铰接机构下方；所述拉力传感器与所述模组-拉力传感器铰接机构通过螺栓固定连接；

所述脐带缆设置在所述拉力传感器的下方；所述脐带缆与所述拉力传感器通过固定装置连接；所述脐带缆通过所述脐带缆-牵引机连接装置与所述水下牵引机相连接；

所述水下牵引机包括主框架、转动轴，翼板和弹簧，所述转动轴包括固定轴和随动轴；所述水下牵引机置于所述水池中，并完全没入水中；

所述姿态角度传感器布置在所述脐带缆、所述水下牵引机的所述主框架以及所述翼板上，用以监测所述脐带缆、所述水下牵引机的所述主框架以及所述翼板的摆动状态。

2.如权利要求1所述的一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，所述Z轴模组滑台的材质为轻质高强铝合金。

3.如权利要求2所述的一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，所述Z轴模组滑台的宽度、所述水下牵引机的宽度均小于所述水池的宽度。

4.如权利要求3所述的一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，所述Z轴模组滑台与所述航车通过螺栓固定连接中的所述螺栓数量为4个或者6个；所述拉力传感器与所述模组-拉力传感器铰接机构螺栓连接中的所述螺栓数量为4个或者6个。

5.如权利要求4所述的一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，所述航车和所述Z轴模组滑台构成的垂向激励装置与所述水下牵引机运动同步。

6.一种波浪滑翔机推进性能测试方法，采用如权利要求1-5所述的一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先将配置某一刚度的所述弹簧组装至所述水下牵引机上，在静水中调整所述翼板以及所述主框架至水平状态；

步骤2：进行所述航车速度与所述水下牵引机前进速度适配测试，首先获取所述姿态角度传感器监测到的所述脐带缆与竖直方向的夹角，进而调整所述航车速度使其与所述水下牵引机保持同步，最终实现所述脐带缆在运动过程中保持竖直状态；

步骤3：获取在该弹簧刚度下所述水下牵引机稳定运行的平均速度，可用来表征所述水下牵引机的推进性能；

步骤4：更换不同弹簧刚度的所述弹簧并重复步骤1-3，通过对每一弹簧刚度下的所述水下牵引机平均速度的对比，可获取相应工况下，使用不同弹簧刚度所述弹簧的所述水下牵引机的推进性能。

7.一种波浪滑翔机推进性能测试方法，采用如权利要求1-5所述的一种波浪滑翔机推进性能测试装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：首先使用配置某一长度的所述脐带缆的所述水下牵引机进行试验；

步骤2：进行所述航车速度与所述水下牵引机前进速度适配测试，获取所述姿态角度传感器监测到的所述脐带缆与竖直方向的夹角，进而调整所述航车速度使其与所述水下牵引机保持同步，最终实现所述脐带缆在运动过程中保持竖直状态的目的；

步骤3：获取配备该长度的所述脐带缆下的所述水下牵引机稳定运行的平均速度，可用来表征所述水下牵引机的推进性能；

步骤4：更换配备另一长度的所述脐带缆下的所述水下牵引机，并重复步骤1-3，通过对配备不同长度所述脐带缆下的所述水下牵引机平均速度的对比，可获取相应工况下，使用不同长度所述脐带缆的所述水下牵引机的推进性能。