CN115420462B

CN115420462B - 一种冰水池可调节拖曳系统

Info

Publication number: CN115420462B
Application number: CN202211170700.6A
Authority: CN
Inventors: 刘仁伟; 郑思洁; 丁仕风
Original assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Current assignee: Jiangsu University of Science and Technology
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2042-09-23
Also published as: CN115420462A

Abstract

本发明公开了一种冰水池可调节拖曳系统，其包括：水池，其固定地面，水池内盛放有一定深度的冰水混合物；第一支撑柱，其竖向固定于所述水池一侧内壁；第二支撑柱，其竖向固定于所述水池另一侧内壁，第二支撑柱、第一支撑柱转动安装有部分滑轮组，滑轮组中动滑轮可调节，牵引绳，其顺时针搭接滑轮组；收紧装置，其错位安装于水池背离所述第一支撑柱的侧壁，用于控制收紧牵引绳，重力式牵引机构，用于为航行器提供牵引动力；航行器，安装于所述滑轮上的牵引绳；本发明控制动滑轮高度来控制航行器的前行深度，配合重物和动、定滑轮组带动航行器以及牵引绳控制航行器的前行，装置设计巧妙，操作极为简单，可以稳定控制航行器在不同水深中的试验。

Description

一种冰水池可调节拖曳系统

技术领域

本发明涉及水池拖曳试验技术领域，具体涉及一种冰水池可调节的拖曳系统。

背景技术

南极和北极都覆盖着大量的冰雪，南极平均海拔在2000米以上，冰雪覆盖率高达97%，而北极三分之二为海洋。随着全球气候变暖，北极开通了“东北航道”和“西北航道”，航道的开辟大大缩短了商船从亚洲到欧洲以及欧洲至北美东岸的通航时间，其航程也可缩短40%以上，这极大地节约了海运成本。而且北极地区资源丰富，探明的石油储量占世界储量13%，天然气储量占世界储量30%。北极正迎来自然资源开发的时代，世界主要油气开发公司都在加大资源投入，研发新型极地油气开发装备。

在极地油气开发装备研发设计过程中，需要通过试验来研究装备的各项性能，其中，极地油气开发装备的水动力性能需要在冰水池中开展。由于极地油气开发装备功能不同，其运行环境也不同，有些在水面（如钻井平台），而有些在水下航行（勘探装备），航行器为勘探装备其中的一种，现有装置在冰面下调节航行器潜水深度比较困难，因此，需要设计一种能帮助调节航行器潜水深度的拖曳系统，用于不同水深中装备的试验。

专利文献CN114481959A中提到一种锚泊式自适应水位升降防船撞，其中主要利用定滑轮支撑使用牵引绳连接过两个沿浮箱前后方向设置的配重驱动块，当浮箱受波浪或风力作用无论向前或向后摆动时，都会有一个相反方向上的配重驱动块能够依靠自重和惯性起到稳定浮箱的效果，此装置适用于浮箱防撞，并不能满足航行器运行深度的调节。

发明内容

本发明的目的在于提供冰水池可调节拖曳系统，使其能够通过调节拖曳系统，达到极地装备水动力性能试验的水深，以解决现有技术中导致的缺陷。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：一种冰水池可调节拖曳系统，其包括：

水池，其固定地面，所述水池内盛放有一定深度的冰水混合物；

第一支撑柱，其竖向固定于所述水池一侧内壁；

第二支撑柱，其竖向固定于所述水池另一侧内壁，所述第二支撑柱、第一支撑柱上端等高处对应转动安装有第一定滑轮、第二定滑轮，所述第二支撑柱、第一支撑柱下端等高位置处对应活动安装有可调节的第一动滑轮、第二动滑轮，所述第一支撑柱中部高于所述水池侧壁位置处转动安装有第三定滑轮；

牵引绳，其顺时针搭接所述第一定滑轮、第二定滑轮、第二动滑轮、第一动滑轮以及第三定滑轮；

收紧装置，其错位安装于所述水池背离所述第一支撑柱的侧壁，所述收紧装置的一个收紧端连接所述牵引绳一端，另一个收紧端连接所述牵引绳另一端。

重力式牵引机构，安装于所述收紧装置的一个收紧端与所述第一定滑轮之间的牵引绳上；

航行器，其安装于所述第一动滑轮与所述第二动滑轮之间的牵引绳上。

所述重力式牵引机构包括：第三动滑轮，所述第三动滑轮上固定有挂钩，挂钩通过绳索连接重力物块。

所述收紧装置包括：三角支撑架，其错位安装于所述水池背离所述第一支撑柱的侧壁，所述三角支撑架间隔安装两个绞盘，所述牵引绳一端缠绕于其中一个绞盘，所述牵引绳另一端缠绕于另一个绞盘。

两个所述绞盘横向间隔安装于所述三角支撑架中部，所述三角支撑架的上端转动安装有第四定滑轮；第四定滑轮抵接所述牵引绳。

所述第一支撑柱上端，中部均设有方形通孔，所述第一定滑轮、第三定滑轮对应安装于所述方形通孔内，所述第一支撑柱底部设有竖向的长滑口，所述第一动滑轮活动安装于所述长滑口内。

所述第一支撑柱内配合安装有丝杆，所述丝杆一端转动连接所述第一支撑柱底部，另一端转动穿出所述第一支撑柱底部，且丝杆穿出端与电机的输出轴连接。

所述长滑口两侧的第一支撑柱上设有第一滑道，所述第一动滑轮通过轮滑转轴安装有两个滚轮，滚轮对应置于所述第一滑道内，其中一个所述滚轮远离所述第一动滑轮的一侧插接有限位器，所述限位器螺纹配合安装于所述丝杆杆体上。

所述限位器包括：圆柱体，且圆柱体边缘一周焊接有多个梯形体，其中一个所述滚轮上设有多个槽口，所述梯形体置于槽口内。

所述第二支撑柱结构相比第一支撑柱缺少一个第三定滑轮和对应的方形通孔，其余结构与第一支撑柱相同。

根据上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

1.本发明设计的拖曳系统，其在两根支撑柱上设置了动、定滑轮组，配合立杆上的丝杆调节机构控制航行器的潜行深度，在通过收紧机构绷紧牵引绳，最后悬挂重物驱动航行器在水槽中某个深度模拟极地和冰区的水面和水下航行器的水动力性能试验，丝杆调节控制航行器的前行深度，配合重物和动、定滑轮组带动航行器以及牵引绳控制航行器的前行，设计巧妙，操作极为简单，装置可以稳定控制航行器在不同水深中的试验。

2.发明中各部件制造成本较低，市场中随处可见，其中滚轮和限位器的插接配合，通过丝杆转动带动限位器上下调节，继而控制动滑轮的高度，当动滑轮出现卡壳等现象，拆卸时只需更换限位器，其结构设计便于后期的维护成本，减少设计的费用支出。

附图说明

图1是本发明冰水池拖曳试验示意图。

图2是本发明冰水池拖曳系统示意图。

图3是本发明三角支撑架示意图。

图4是本发明绞盘示意图。

图5是本发明轮滑组和牵引绳示意图。

图6是本发明重力式牵引机构示意图。

图7是本发明第一支撑柱的左视图、剖视图和右视图。

图8是本发明第二支撑柱的左视图、剖视图和右视图。

图9是本发明第一滑道和第一动滑轮位置示意图。

图10是本发明第一滑道和第一动滑轮连接结构示意图。

其中：三角支撑架1，底板1-1，垂直杆1-2，一号斜杆1-3，横杆1-4，二号斜杆1-5，一号固定轴1-6，二号固定轴1-7，三号固定轴1-8；第一绞盘2，第一绞缆筒2-1，第一摇手2-2；牵引绳3；滑轮组4，第四定滑轮4-1，第一定滑轮4-2，第二定滑轮4-3，第二动滑轮4-4，第一动滑轮4-5，轮滑转轴4-5-2，滚轮4-5-3，槽口4-5-4，第三定滑轮4-6；重力式牵引机构5，第三动滑轮 5-1，挂钩5-2，绳索5-3，重力物块5-4；第一支撑柱6，第一滑道6-2，第一通孔6-3，第二通孔6-4，限位器6-7，圆柱体6-7-1，多个梯形体6-7-2；第二支撑柱7，滑道7-2，第三通孔7-3，；航行器8；第二绞盘9，第二绞缆筒9-1，第二摇手9-2；冰水混合物10；水池11；丝杆12。

实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

为了设计一种结构简单，使用方便并可以调节水下勘探装备（航行器）潜行深度的装置，满足试验的需求，本发明提供一种冰水池可调节的拖曳系统，具体参考附图1至图10，其包括：水池11，其固定地面，所述水池1 内盛放有一定深度的冰水混合物10；第一支撑柱6，其竖向固定于所述水池11一侧内壁；第二支撑柱7，其竖向固定于所述水池11另一侧内壁，所述第二支撑柱7、第一支撑柱6上端等高处对应转动安装有第一定滑轮4-2、第二定滑轮4-3，所述第二支撑柱7、第一支撑柱6下端等高位置处对应活动安装有第一动滑轮4-5、第二动滑轮4-4，所述第一支撑柱6中部高于所述水池11侧壁位置处转动安装有第三定滑轮4-6；

牵引绳3，其顺时针搭接所述第一定滑轮4-2、第二定滑轮4-3、第二动滑轮4-4、第一动滑轮4-5以及第三定滑轮4-6；收紧装置，其错位安装于所述水池11背离所述第一支撑柱6的侧壁，所述收紧装置的一个收紧端连接所述牵引绳3一端，另一个收紧端连接所述牵引绳3另一端。重力式牵引机构5，安装于所述收紧装置的一个收紧端与所述第一定滑轮4-2之间的牵引绳3上；航行器8，其安装于所述第一动滑轮4-5与所述第二动滑轮4-4之间的牵引绳3上。

本发明使用时，根据试验的预设航行器8的潜行深度，启动电机控制丝杆12转动带动调节第二支撑柱7、第一支撑柱6中的动滑轮的高度，随后通过收紧装置收紧滑轮上的牵引绳3，最后固定收紧装置其中一个收紧端，对牵引绳3悬挂重物带动航行器8在预设深度潜行，并记录相关试验数据。

其中上述重力式牵引机构5包括：第三动滑轮5-1，所述第三动滑轮5-1上固定有挂钩5-2，挂钩5-2通过绳索5-3连接重力物块5-4，重力物块5-4为航行器8的运行提供动力。

观察附图2，收紧装置包括：三角支撑架1，其错位安装于所述水池11上背离所述第一支撑柱6的侧壁，所述三角支撑架1间隔安装第一绞盘2、第二绞盘9，所述牵引绳3一端缠绕于第一绞盘2，所述牵引绳3另一端缠绕于第二绞盘9；

优选的，第一绞盘2、第二绞盘9横向间隔安装于所述三角支撑架1中部，三角支撑架1的上端转动安装有第四定滑轮4-1；第四定滑轮4-1抵接所述牵引绳3，其中三角支撑架1的具体结构包括：底板1-1、垂直杆1-2、一号斜杆1-3、横杆1-4、二号斜杆1-5，一号斜杆1-3与垂直杆1-2、底板1-1相互焊接成三角形，横杆1-4水平焊接于一号斜杆1-3与垂直杆1-2的中部，二号斜杆1-5倾斜焊接于一号斜杆1-3和底板1-1之间；第一绞盘2通过三号固定轴1-8安装于一号斜杆1-3上，第二绞盘9通过二号固定轴1-7安装于垂直杆1-2上，第四定滑轮4-1通过一号固定轴1-6安装于一号斜杆1-3和垂直杆1-2相交处。

参考附图4，第一绞缆筒2-1和第一摇手2-2组成第一绞盘2，第二绞缆筒9-1和第二摇手9-2组成第二绞盘9，

所述第一支撑柱6上端，中部对应设有第二通孔6-4、第一通孔6-3，两通孔为方形通孔，所述第一定滑轮4-2、第三定滑轮4-6通过固定轴对应安装于所述方形通孔内，所述第一支撑柱6上底部中设有竖向的长滑口，所述第一动滑轮4-5活动安装于所述长滑口内。

所述第一支撑柱6内配合安装有丝杆12，所述丝杆12一端转动连接所述第一支撑柱6底部，另一端转动穿出所述第一支撑柱6底部，且丝杆12穿出端与电机的输出轴连接。

所述长滑口两侧的第一支撑柱6上设有第一滑道6-2，第一滑道6-2呈现“工”形，所述第一动滑轮4-5通过轮滑转轴4-5-2安装有滚轮4-5-3，滚轮4-5-3置于所述第一滑道6-2内，其中一个所述滚轮4-5-3远离所述第一动滑轮4-5的一侧插接有限位器6-7，所述限位器6-7螺纹配合安装于所述丝杆12杆体上。

第一支撑柱6实际生产制造时，采用两块相同的支撑板贴合固定形成第一支撑柱6，两块支撑板对面上对应位置开设缺口和第一滑道6-2，缺口合并对应组成方形通孔或长滑口，第一滑道6-2内容纳丝杆12和置于此区域的牵引绳3以及限位器6-7、滚轮4-5-3，第一滑道6-2两端使用堵块配合安装丝杆12，

相比第一支撑柱6，第二支撑柱7顶部开设第三通孔7-3（方形通孔），第二定滑轮4-3通过固定轴安装于第三通孔7-3内，第二支撑柱7底部设有竖向的长滑口，第二动滑轮4-4活动安装于长滑口内，第二支撑柱7中的丝杆12安装方式和第二支撑柱7中的丝杆12安装方式相同，第二支撑柱7实际制造方式和第一支撑柱6相同，同样第二支撑柱7中的限位器的安装方式也与第一支撑柱6中的限位器安装方式相同，

以第一支撑柱6中的限位器为例，限位器6-7包括：圆柱体6-7-1，且圆柱体6-7-1边缘一周焊接有多个梯形体6-7-2，其中一个所述滚轮4-5-3上设有多个槽口4-5-4，所述梯形体6-7-2置于槽口4-5-4内。

其中所述冰水混合物10根据试验要求，将水中的浮冰制作成所需要的海冰类型，铺在水面，冰可为平整冰、浮冰、碎冰、冰脊等形式，根据航行器8的运行环境确定，冰水混合物10中的冰块优选尿素冰，尿素冰广泛应用于冰水池试验，在缩尺试验中其物理量可以满足缩尺比的要求，相比盐水制成的海冰相比更优。

具体使用：

1）安装三角支撑架1、支撑柱6和支撑柱7，具体实施中已经详细说明；

2）安装第一绞盘2、第二绞盘9以及轮滑组4（第一定滑轮4-2、第二定滑轮4-3、第二动滑轮4-4、第一动滑轮4-5以及第三定滑轮4-6、第四定滑轮4-1）；

3）设制牵引绳3，将牵引绳一端缠绕在第一绞盘2，另一端依次搭接第四定滑轮4-1、第一定滑轮4-2、第二定滑轮4-3、第二动滑轮4-4、第一动滑轮4-5以及第三定滑轮4-6最终缠绕于第二绞盘9；

4）安装航行器8，将航行器8捆绑于第一动滑轮4-5与第二动滑轮4-4之间的牵引绳3；

5）安装重力式牵引机构5。

冰水池拖曳试验过程：首先通过第一绞盘2和第二绞盘9的收放，将牵引绳3连接航行器8的位置移向第一支撑柱6，将航行器8接入牵引绳3；然后根据航行器的试验水深要求，启动电机带动丝杆12转动，继而调节第一支撑柱6和第二支撑柱7中限位器6-7高度并带动对应的定滑轮高度调节，在通过第一绞盘2和第二绞盘9收紧牵引绳3，实验人员手动保持绞盘2和绞盘9静止；另一人再根据试验的冰况要求，将制作好的冰水混合物10倒入水池11中；最后在重力式牵引结构5上添加重物，并取消第二绞盘9的静止状态，使得绞盘9能够自由旋转，测试给定牵引力下的航行器8的水动力性能数据。测试完成，可以反向旋转绞盘9，让航行器8回到初始位置，便于下次试验。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims

1.一种冰水池可调节拖曳系统，其特征在于，包括：

水池（11），其固定在地面上，所述水池（11）内盛放有一定深度的冰水混合物（10）；

第一支撑柱（6），其竖向固定于所述水池（11）一侧内壁；

第二支撑柱（7），其竖向固定于所述水池（11）另一侧内壁，所述第二支撑柱（7）由上至下安装有第二定滑轮（4-3）、第二动滑轮（4-4）；所述第一支撑柱（6）由上至下安装第一定滑轮（4-2）、第一动滑轮（4-5），所述第一定滑轮（4-2）与第二定滑轮（4-3）等高，所述第一动滑轮（4-5）与第二动滑轮（4-4）等高，所述第一支撑柱（6）中部高于所述水池（11）侧壁位置处转动安装有第三定滑轮（4-6）；

所述第一支撑柱（6）上端，中部均设有方形通孔，所述第一定滑轮（4-2）、第三定滑轮（4-6）对应安装于所述方形通孔内，所述第一支撑柱（6）底部设有竖向的长滑口，所述第一动滑轮（4-5）活动安装于所述长滑口内；所述第一支撑柱（6）内配合安装有丝杆（12），所述丝杆（12）一端转动连接所述第一支撑柱（6）底部，另一端转动穿出所述第一支撑柱（6）顶部，且丝杆（12）穿出端与电机的输出轴连接；所述长滑口两侧的第一支撑柱（6）上设有第一滑道（6-2），所述第一动滑轮（4-5）通过轮滑转轴（4-5-2）安装有两个滚轮（4-5-3），滚轮（4-5-3）对应置于所述第一滑道（6-2）内，其中一个所述滚轮（4-5-3）远离所述第一动滑轮（4-5）的一侧插接有限位器（6-7），所述限位器（6-7）螺纹配合安装于所述丝杆（12）杆体上，所述限位器（6-7）包括：圆柱体（6-7-1），且圆柱体（6-7-1）边缘一周焊接有多个梯形体（6-7-2），其中一个所述滚轮（4-5-3）上设有多个槽口（4-5-4），所述梯形体（6-7-2）置于槽口（4-5-4）内；

牵引绳（3），其顺时针搭接所述第一定滑轮（4-2）、第二定滑轮（4-3）、第二动滑轮（4-4）、第一动滑轮（4-5）以及第三定滑轮（4-6）；

收紧装置，其错位安装于所述水池（11）背离所述第一支撑柱（6）的侧壁，所述收紧装置的一个收紧端连接所述牵引绳（3）一端，另一个收紧端连接所述牵引绳（3）另一端；

重力式牵引机构（5），安装于所述收紧装置的一个收紧端与所述第一定滑轮（4-2）之间的牵引绳（3）上；

航行器（8），其安装于所述第一动滑轮（4-5）与所述第二动滑轮（4-4）之间的牵引绳（3）上。

2.根据权利要求1所述的一种冰水池可调节拖曳系统，其特征在于，所述重力式牵引机构（5）包括：第三动滑轮（5-1），所述第三动滑轮（5-1）上固定有挂钩（5-2），挂钩（5-2）通过绳索（5-3）连接重力物块（5-4）。

3.根据权利要求1所述的一种冰水池可调节拖曳系统，其特征在于，所述收紧装置包括：三角支撑架（1），其错位安装于所述水池（11）背离所述第一支撑柱（6）的侧壁，所述三角支撑架（1）间隔安装两个绞盘，所述牵引绳（3）一端缠绕于其中一个绞盘，所述牵引绳（3）另一端缠绕于另一个绞盘。

4.根据权利要求3所述的一种冰水池可调节拖曳系统，其特征在于，两个所述绞盘横向间隔安装于所述三角支撑架（1）中部，所述三角支撑架（1）的上端转动安装有第四定滑轮（4-1）；第四定滑轮（4-1）抵接所述牵引绳（3）。

5.根据权利要求1所述的一种冰水池可调节拖曳系统，其特征在于，所述第二支撑柱（7）结构相比第一支撑柱（6）缺少一个第三定滑轮（4-6）和对应的方形通孔，其余结构与第一支撑柱（6）相同。