本發(fā)明涉及水面飛行器水池試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

水面飛行器既可在水面安全起降，又可在空中高速飛行，相對于陸基飛機(jī)和水面艦船而言水面飛行器具有獨(dú)特的優(yōu)勢，在國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用。水面飛行器既可用于兵員物資運(yùn)輸、海上巡邏偵查預(yù)警、攻擊水面艦艇和反潛等軍事任務(wù)，也可用于海上搜救、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火等民用領(lǐng)域。隨著我國國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對高性能水面飛行器的需求日益迫切。

單船身模型水池試驗(yàn)是研究水面飛行器水動(dòng)力性能的一種簡單、成本較低的方法，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)能直觀的反應(yīng)出水面飛行器的水阻力、滑行穩(wěn)定性，作為判斷飛機(jī)性能是否滿足總體設(shè)計(jì)指標(biāo)的依據(jù)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對船體外形參數(shù)修改提供參考。

常規(guī)的單船身模型采用拖線式的試驗(yàn)方法，當(dāng)模型在垂向有上下運(yùn)動(dòng)時(shí)引起拖曳角度改變，拖線會(huì)對試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪┘右粋€(gè)向上或者向下的力，從而對模型的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)帶來干擾，無法準(zhǔn)確的反應(yīng)出試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谒畡?dòng)力作用下的運(yùn)動(dòng)特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有的常規(guī)拖線式試驗(yàn)方法的不足，本發(fā)明提出了一種水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)裝置，其特征在于：包括單船身模型(1)、拖車(14)、測橋(7)、滑動(dòng)裝置、傳感器系統(tǒng)和載荷模擬系統(tǒng)；

單船身模型(1)通過滑動(dòng)裝置安裝在拖車(14)下方的測橋(7)上；所述滑動(dòng)裝置與單船身模型(1)重心處的鉸接底座(10)鉸接，單船身模型(1)能繞重心位置鉸接點(diǎn)自由俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)；所述滑動(dòng)裝置能夠帶動(dòng)單船身模型(1)在一定范圍內(nèi)上下以及沿測橋(7)前后自由運(yùn)動(dòng)；

單船身模型(1)前端帶有導(dǎo)航片(5)，測橋(7)上安裝有導(dǎo)航桿(6)，導(dǎo)航桿(6)與導(dǎo)航片(5)配合用于防止試驗(yàn)過程中單船身模型(1)產(chǎn)生偏航；

傳感器系統(tǒng)包括阻力儀(8)、位移計(jì)(11)和傾角儀(13)；阻力儀(8)安裝在測橋(7)上，并通過細(xì)軟鋼索(9)與滑動(dòng)裝置中水平移動(dòng)部件連接；位移計(jì)(11)安裝在拖車(14)頂部，并通過鋼索(12)與滑動(dòng)裝置中垂直移動(dòng)部件連接；傾角儀(13)安裝在單船身模型(1)上；

載荷模擬系統(tǒng)安裝在拖車(14)上，并與滑動(dòng)裝置中垂直移動(dòng)部件連接，模擬氣動(dòng)升力。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)裝置，其特征在于：所述滑動(dòng)裝置包括滑車(3)、升沉桿(4)和重心連接桿(2)；滑車(3)安裝在測橋(7)上，并能沿測橋(7)前后滑動(dòng)；升沉桿(4)穿過滑車(3)，并能在滑車(3)上做垂直方向自由運(yùn)動(dòng)；重心連接桿(2)下端與安裝在單船身模型(1)重心位置處的鉸接底座(10)鉸接，上端與升沉桿(4)固定連接。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)裝置，其特征在于：滑車前限位器(15)和滑車后限位器(16)分別安裝在測橋(7)上，并位于滑車(3)的兩端，滑車(3)的運(yùn)動(dòng)范圍由固定在測橋(7)上的滑車前限位器(15)、滑車后限位器(16)和細(xì)軟鋼索(9)約束。

進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)裝置，其特征在于：載荷模擬系統(tǒng)分為模擬氣動(dòng)升力的載荷模擬系統(tǒng)和模擬低頭力矩的載荷模擬系統(tǒng)；模擬低頭力矩的載荷模擬系統(tǒng)安裝在拖車(14)上，并與單船身模型(1)重心后部位置連接。

所述水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：安裝試驗(yàn)裝置并完成電氣信號連接與測試；

步驟2：根據(jù)公式

M_x＝M_m-λ³M(1-(V/V_mTO)²)

計(jì)算模擬氣動(dòng)升力的卸載質(zhì)量M_x，其中M_m為模型質(zhì)量，M為水面飛行器的質(zhì)量，V為試驗(yàn)速度，V_mTO為模型的離水速度，λ為模型的縮尺比；而模型的離水速度V_TO為水面飛行器的離水速度，試驗(yàn)速度V為在0～V_mTO之間選取若干速度點(diǎn)；

步驟3：根據(jù)步驟2得到的對應(yīng)試驗(yàn)速度下的模擬氣動(dòng)升力卸載質(zhì)量設(shè)置載荷模擬系統(tǒng)，設(shè)置完畢后開始試驗(yàn)；試驗(yàn)過程中，拖車(14)在軌道上運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)單船身模型(1)在水面上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)拖車(14)加速達(dá)到試驗(yàn)速度并穩(wěn)定運(yùn)行后，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采集完成后停止采集，拖車(14)剎車減速、停車，然后返回船塢進(jìn)行下一試驗(yàn)速度點(diǎn)試驗(yàn)；

步驟4：當(dāng)所有試驗(yàn)速度點(diǎn)試驗(yàn)完成后，分析采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性，剔除無效數(shù)據(jù)，然后記錄有效的試驗(yàn)參數(shù)，包括模型重量、重心位置、初始縱傾角、試驗(yàn)速度、水阻力、重心升沉幅值和縱傾角幅值，并得到以試驗(yàn)速度為橫坐標(biāo)，分別以水阻力、重心升沉幅值和縱傾角幅值為縱坐標(biāo)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ退畡?dòng)力性能曲線。

有益效果

本發(fā)明利用重心連接桿與模型連接，由于重心連接桿始終保持垂直且在垂向能自由運(yùn)動(dòng)，其下端與試驗(yàn)?zāi)Ｐ豌q接，因此能始終保證拖曳力在水平方向，不會(huì)對模型施加向上或者向下的力，從而避免了對試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷母蓴_。通過申請人的試驗(yàn)對比，本發(fā)明實(shí)用、可行、操作簡單、試驗(yàn)結(jié)果可靠。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1：本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：圖1的左視圖。

其中：1、單船身模型；2、重心連接桿；3、滑車；4、升沉桿；5、導(dǎo)航片；6、導(dǎo)航桿；7、測橋；8、阻力儀；9、細(xì)軟鋼索；10、鉸接底座；11、位移計(jì)；12、鋼索；13、傾角儀；14、拖車；15、滑車前限位器；16、滑車后限位器；17、氣動(dòng)升力卸載塊；18、低頭力矩模擬塊。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明的目的是提出一種水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)裝置及方法。

如圖1所示，水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)裝置，包括單船身模型1、拖車14、測橋7、滑動(dòng)裝置、傳感器系統(tǒng)和載荷模擬系統(tǒng)。

單船身模型1通過滑動(dòng)裝置安裝在拖車14下方的測橋7上；所述滑動(dòng)裝置與單船身模型1重心處的鉸接底座10鉸接，單船身模型1能繞重心位置鉸接點(diǎn)自由俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)；所述滑動(dòng)裝置能夠帶動(dòng)單船身模型1在一定范圍內(nèi)上下以及沿測橋7前后自由運(yùn)動(dòng)。

如圖1所示，所述滑動(dòng)裝置包括滑車3、升沉桿4和重心連接桿2；滑車3安裝在測橋7上，并能沿測橋7前后滑動(dòng)；升沉桿4穿過滑車3，并能在滑車3上做垂直方向自由運(yùn)動(dòng)；重心連接桿2下端與安裝在單船身模型1重心位置處的鉸接底座10鉸接，上端與升沉桿4固定連接。

單船身模型1前端帶有導(dǎo)航片5，測橋7上安裝有導(dǎo)航桿6，導(dǎo)航桿6與導(dǎo)航片5配合用于防止試驗(yàn)過程中單船身模型1產(chǎn)生偏航。

傳感器系統(tǒng)包括阻力儀8、位移計(jì)11和傾角儀13；阻力儀8安裝在測橋7上，并通過細(xì)軟鋼索9與滑車3連接，用來采集單船身模型1在水中的阻力；位移計(jì)11安裝在拖車14頂部，并通過鋼索12與升沉桿4頂端連接，用來采集單船身模型1重心處的升沉幅值；傾角儀13安裝在單船身模型1上，用來采集單船身模型1的縱向傾斜角度。

在測橋7上還安裝有滑車前限位器15和滑車后限位器16，并位于滑車3的兩端，滑車3的運(yùn)動(dòng)范圍由固定在測橋7上的滑車前限位器15、滑車后限位器16和細(xì)軟鋼索9約束。

載荷模擬系統(tǒng)安裝在拖車14上，由于需要做不施加低頭力矩模擬的試驗(yàn)和施加低頭力矩模擬的試驗(yàn)，所以載荷模擬系統(tǒng)分為模擬氣動(dòng)升力的載荷模擬系統(tǒng)和模擬低頭力矩的載荷模擬系統(tǒng)。模擬氣動(dòng)升力的載荷模擬系統(tǒng)由滑輪、鋼索和質(zhì)量塊組成，鋼索繞過安裝在拖車14上的滑輪連接質(zhì)量塊和升沉桿4頂端。模擬低頭力矩的載荷模擬系統(tǒng)同樣由滑輪、鋼索和質(zhì)量塊組成，鋼索繞過安裝在拖車14上的滑輪連接質(zhì)量塊和單船身模型1重心后部位置。

上述試驗(yàn)裝置能夠保證單船身模型1在一定范圍內(nèi)沿縱向和橫向自由運(yùn)動(dòng)，并且能保證單船身模型1在縱向方向以鉸接底座10為中心自由轉(zhuǎn)動(dòng)，且不發(fā)生偏航運(yùn)動(dòng)。

依據(jù)上述對試驗(yàn)裝置的描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠完成試驗(yàn)裝置的安裝和電氣設(shè)備的連接，下面描述基于上述裝置的水面飛行器單船身模型水池拖曳試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟1：安裝試驗(yàn)裝置并完成電氣信號連接與測試。

步驟2：在試驗(yàn)前，需要設(shè)置載荷模擬系統(tǒng)的質(zhì)量塊。

根據(jù)公式

M_x＝M_m-λ³M(1-(V/V_mTO)²)

計(jì)算模擬氣動(dòng)升力的卸載質(zhì)量M_x，單位為kg，其中M_m為模型質(zhì)量，單位為kg，M為水面飛行器的質(zhì)量，單位為kg，V為試驗(yàn)速度，單位為m/s，V_mTO為模型的離水速度，單位為m/s，λ為模型的縮尺比；而模型的離水速度V_TO為水面飛行器的離水速度，試驗(yàn)速度V為在0～V_mTO之間選取若干速度點(diǎn)，選取的試驗(yàn)速度點(diǎn)不小于8個(gè)，并且在25％～40％V_mTO范圍內(nèi)選取的試驗(yàn)速度點(diǎn)要稍密。

步驟3：當(dāng)開展不施加低頭力矩模擬的試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)步驟2得到的對應(yīng)試驗(yàn)速度下的模擬氣動(dòng)升力卸載質(zhì)量設(shè)置載荷模擬系統(tǒng)，設(shè)置完畢后開始試驗(yàn)；試驗(yàn)過程中，拖車14在軌道上運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)單船身模型1在水面上運(yùn)動(dòng)，單船身模型1的速度由水動(dòng)力試驗(yàn)高速拖車14控制，當(dāng)拖車14加速達(dá)到試驗(yàn)速度并穩(wěn)定運(yùn)行后，采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，要求拖車14穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)間要達(dá)到5秒以上，采集完成后停止采集，拖車14剎車減速、停車，然后返回船塢進(jìn)行下一試驗(yàn)速度點(diǎn)試驗(yàn)。

如果開展施加低頭力矩模擬的試驗(yàn)，則除了要設(shè)置模擬氣動(dòng)升力卸載質(zhì)量外，還需要設(shè)置低頭力矩模擬質(zhì)量，其余試驗(yàn)過程相同。

步驟4：當(dāng)所有試驗(yàn)速度點(diǎn)試驗(yàn)完成后，分析采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性，剔除無效數(shù)據(jù)，然后記錄有效的試驗(yàn)參數(shù)，包括模型重量、重心位置、初始縱傾角、試驗(yàn)速度、水阻力、重心升沉幅值和縱傾角幅值，并并根據(jù)模型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷運(yùn)動(dòng)是否穩(wěn)定，對同一個(gè)試驗(yàn)狀態(tài)，得到以試驗(yàn)速度為橫坐標(biāo)，分別以水阻力、重心升沉幅值和縱傾角幅值為縱坐標(biāo)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ退畡?dòng)力性能曲線。

試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)繪制的水阻力隨試驗(yàn)速度曲線、縱傾角隨試驗(yàn)速度曲線、升沉隨試驗(yàn)速度曲線分析試驗(yàn)?zāi)Ｐ退枇Ψ逯档拇笮?、阻力峰位置，并進(jìn)行穩(wěn)定性判斷。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。