专利名称：水翼前向推进效率实验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水下推进装置，尤其是涉及水下推进装置的前向推进效率实验装置。
背景技术：
波浪能滑翔器是当前出现的新型海洋环境监测自主运动平台，将波浪起伏直接转换为前向推进，同时利用太阳能为系统供电，通过搭载各种类型科学传感器，以完成长时期海洋巡航调查作业。波浪能滑翔器由缆绳连接的舟型上浮体和水下滑翔机两部分组成。舟型上浮体在海浪的作用下上下起伏，进而通过缆绳拉拽水下滑翔机上下运动，水下滑翔机利用具有固定转角限位的摆动水翼，将上下运动转换为前向推进，从而拉拽舟型上浮体前向运动。波浪能滑翔器通过直接捕获波浪能实现前向推进，可进行长时期大范围海洋环境监测，为人类观测和了解世界海洋开辟了崭新的途径。然而，波浪能滑翔器以及其他利用波浪运动的推进装置尚处于进一步试验研究中，在不同浪高和不同周期的海浪作用下选择不同的水翼线型、尺寸以及摆角等结构参数会有不同的推进效果。波浪能滑翔器以及其他利用波浪运动推进装置的结构设计，需要不同海况下不同水翼参数的试验数据，目前尚没有测试不同海况下不同参数水翼结构的试验数据及其试验装置。
发明内容
针对目前波浪能滑翔器试验研究中，缺少不同海浪运动状况下相对不同水翼参数的试验装置，本发明推出一种水翼前向推进效率实验装置，其目的在于，在浮体下设置与竖直导杆连接的水翼，并由步进电机通过驱动曲柄带动竖直导杆上下运动，由上下运动的水翼进而模拟波浪作用产生前向推进力，测试不同海况下对于不同参数的水翼的波浪前向推进效率。本发明涉及的水翼前向推进效率实验装置包括舟型浮体、步进电机、曲柄导杆机构和水翼摆动机构。浮体为浮力材料制作的舟型结构体，浮体上固定安装步进电机和曲柄导杆机构，步进电机与曲柄导杆机构连接，浮体下面设置水翼摆动机构，水翼摆动机构与曲柄导杆机构连接。步进电机通过电机支架安装在浮体上面，步进电机的输出轴与曲柄导杆机构的曲柄通过“L”接头固定连接。曲柄导杆机构包括曲柄、滑块、导轨和导杆。导杆垂直穿过浮体，导杆上端与导轨固定连接，导杆与导轨相互垂直。导轨呈U型槽结构，导轨U型槽内插入滑块的前端头。滑块中部有环形凹槽，滑块中部的环形凹槽内卡有导轨U型槽槽口侧边，滑块的前端头在导轨的U型槽内转动和相对滑动。滑块后端开有圆形通孔，曲柄的一端穿过滑块上的圆形通孔并由螺钉固定。水翼摆动机构包括水翼、水翼摆动导轨、水翼连接轴、水翼限位杆、摆角调整块。水翼采用平板翼结构，上面开有螺钉孔和方形槽，两排平行布置的螺钉孔将水翼连接轴和水翼限位杆平行固定，水翼摆动导轨与水翼垂直并穿过水翼的方形槽。水翼摆动导轨整体呈扇形结构，前端开有螺钉孔和圆形通孔，螺钉孔用于与竖直导杆固定连接，水翼连接轴穿过圆形通孔并可以在孔内相对转动，水翼摆动导轨后端开有与圆形通孔同心的弧形孔槽，水翼限位杆穿过弧形孔槽并且可以相对滑动。水翼连接轴穿过水翼摆动导轨前端的圆形通孔并通过卡在两侧的轴端挡圈限制水翼连接轴的轴向位移，水翼连接轴与水翼固定连接，使水翼只能以水翼连接轴为轴线进行转动。水翼限位杆与水翼固定连接，将水翼的运动限定在水翼摆动导轨弧形孔槽的角度范围内。水翼摆动导轨的弧形孔槽内设置上下两个摆角调整块，摆角调整块上有螺纹孔，紧固螺钉将摆角调整块压紧在弧形孔槽内侧，两个摆角调整块限制水翼限位杆在水翼摆动导轨弧形孔槽内的上下移动范围。本发明涉及的水翼前向推进效率实验装置应用时，实验装置放置在水池内，浮体浮在水面，水翼摆动机构及其水翼浸在水中。步进电机驱动曲柄做回转运动，曲柄的回转运动通过滑块与导轨之间的滑动-转动转变为竖直导杆的上下运动，导杆的上下运动带动水翼摆动机构作竖直上下运动，水翼摆动机构上升和下降过程中水翼受到水的作用和水翼摆动导轨弧形孔槽对水翼限位杆的限定作用将水翼限定在一定的角度，水翼在上升和下降运动过程中受到水的作用产生前向推进力，驱动整个实验装置前进，模拟实验装置在海中波浪作用下被推进。改变步进电机的转速来调整波浪的周期，调整滑块与电机输出轴之间的距离即调整曲柄的实际工作长度来设定波浪的波高，调整水翼摆动导轨内摆角调整块的位置设定水翼摆角。实验装置的前进速度可以测出，波浪的周期和波高可以设定，水翼前向推进效率就能测定。本发明的水翼前向推进效率实验装置能够在没有造波水池环境下方便的测试在不同波高和波频环境下对于不同翼型不同摆角的水翼在上下运动时的前向推进效率。
图1是本发明涉及的水翼前向推进效率实验装置的外部结构示意图；图2是本发明的曲柄导杆机构示意图；图3是本发明的水翼摆动机构示意图。图中标记说明:1、浮体2、导杆3、导轨4、曲柄5、步进电机6、水翼7、滑块8、“L” 接头9、水翼摆动导轨 10、摆动调整块11、紧固螺钉12、轴端挡圈13、水翼连接轴 14、水翼限位杆。
具体实施例方式结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。图1显示本发明涉及的水翼前向推进效率实验装置的基本结构，图2、图3分别显示水翼前向推进效率实验装置的曲柄导杆机构和水翼摆动机构的基本结构。如图所示，水翼前向推进效率实验装置包括浮体1、步进电机5、曲柄导杆机构和水翼摆动机构。浮体I为浮力材料制作的舟型结构体，浮体I上固定安装步进电机5和曲柄导杆机构，步进电机5与曲柄导杆机构连接，浮体I下面设置水翼摆动机构，水翼摆动机构与曲柄导杆机构连接。步进电机5通过电机支架安装在浮体I上面，步进电机5的输出轴与曲柄导杆机构的曲柄4通过” L”接头8固定连接。曲柄导杆机构包括曲柄4、滑块7、导轨3和导杆2。导杆2垂直穿过浮体1，导杆
2上端与导轨3固定连接，导杆2与导轨3相互垂直。导轨3呈U型槽结构，导轨U型槽内插入滑块7的前端头。滑块7中部有环形凹槽，滑块7中部的环形凹槽内卡有导轨U型槽槽口侧边，滑块7的前端头在导轨U型槽内转动和相对滑动。滑块7后端开有圆形通孔，曲柄4的一端穿过滑块7上的圆形通孔并由螺钉固定。水翼摆动机构包括水翼6、水翼摆动导轨9、水翼连接轴13、水翼限位杆14、摆动调整块10。水翼6采用平板翼结构，上面开有螺钉孔和方形槽，两排平行布置的螺钉孔将水翼连接轴13和水翼限位杆14平行固定，水翼摆动导轨9与水翼6垂直并穿过水翼6的方形槽。水翼摆动导轨9整体呈扇形结构，前端开有螺钉孔和圆形通孔，螺钉孔用于与竖直导杆2固定连接，水翼连接轴13穿过圆形通孔并可以在孔内相对转动，水翼摆动导轨9后端开有与圆形通孔同心的弧形孔槽，水翼限位杆14穿过弧形孔槽并且可以相对滑动。水翼连接轴13穿过水翼摆动导轨9前端的圆形通孔并通过卡在两侧的轴端挡圈12限制水翼连接轴13的轴向位移，水翼连接轴13与水翼6固定连接，使水翼6只能以水翼连接轴13为轴线进行转动。水翼限位杆14与水翼6固定连接，将水翼6的运动限定在水翼摆动导轨9弧形孔槽的角度范围内。水翼摆动导轨9的弧形孔槽内设置上下两个摆动调整块10，摆动调整块10上有螺纹孔，紧固螺钉11将摆动调整块10压紧在弧形孔槽内侧，两个摆动调整块10限制水翼限位杆14在水翼摆动导轨9弧形孔槽内的上下移动范围。本发明涉及的水翼前向推进效率实验装置应用时，实验装置放置在水池内，舟型浮体I浮在水面，水翼摆动机构及其水翼6浸在水中。步进电机5驱动曲柄4做回转运动，曲柄4的回转运动通过滑块7与导轨3之间的滑动-转动转变为竖直导杆2的上下运动，导杆2的上下运动带动水翼摆动机构作竖直上下运动，水翼摆动机构上升和下降过程中水翼6受到水的作用和水翼摆动导轨9弧形孔槽对水翼限位杆14的限定作用将水翼6限定在一定的角度，水翼6在上升和下降运动过程中受到水的作用产生前向推进力，驱动整个实验装置前进，模拟实验装置在海中波浪作用下被推进。改变步进电机5的转速来调整波浪的周期，调整滑块7与电机输出轴之间的距离即调整曲柄4的实际工作长度来设定波浪的波高，调整水翼摆动导轨9内摆动调整块10的位置设定水翼6摆角。实验装置的前进速度可以测出，波浪的周期和波高可以设定，水翼前向推进效率就能测定。本发明的水翼前向推进效率实验装置能够在没有造波水池环境下方便的测试在不同波高和波频环境下对于不同翼型不同摆角的水翼6在上下运动时的前向推进效率。
权利要求
1.一种水翼前向推进效率实验装置，其特征在于，包括浮体、步进电机、曲柄导杆机构和水翼摆动机构，浮体上固定安装步进电机和曲柄导杆机构，步进电机的输出轴与曲柄导杆机构的曲柄固定连接，浮体下面设置水翼摆动机构，水翼摆动机构与曲柄导杆机构连接。
2.根据权利要求1所述的水翼前向推进效率实验装置，其特征在于，所述曲柄导杆机构包括曲柄、滑块、导轨和导杆，导杆垂直穿过浮体，导杆上端与导轨固定连接，导杆与导轨相互垂直。
3.根据权利要求2所述的水翼前向推进效率实验装置，其特征在于，所述导轨呈U型槽结构，导轨U型槽内插入滑块的前端头，滑块中部有环形凹槽，滑块中部的环形凹槽内卡有导轨U型槽槽口侧边；滑块的前端头在导轨的U型槽内转动和相对滑动，滑块后端开有圆形通孔，曲柄的一端穿过滑块上的圆形通孔并由螺钉固定。
4.根据权利要求1所述的水翼前向推进效率实验装置，其特征在于，所述水翼摆动机构包括水翼、水翼摆动导轨、水翼连接轴、水翼限位杆、摆角调整块；水翼采用平板翼结构，上面开有螺钉孔和方形槽，两排平行布置的螺钉孔将水翼连接轴和水翼限位杆平行固定；水翼摆动导轨与水翼垂直并穿过水翼的方形槽。
5.根据权利要求4所述的水翼前向推进效率实验装置，其特征在于，所述水翼摆动导轨整体呈扇形结构，前端开有螺钉孔和圆形通孔，螺钉孔用于与竖直导杆固定连接，水翼连接轴穿过圆形通孔并可以在孔内相对转动，水翼摆动导轨后端开有与圆形通孔同心的弧形孔槽，水翼限位杆穿过弧形孔槽并且可以相对滑动。
6.根据权利要求4所述的水翼前向推进效率实验装置，其特征在于，所述水翼连接轴穿过水翼摆动导轨前端的圆形通孔并通过卡在两侧的轴端挡圈限制水翼连接轴的轴向位移；水翼连接轴与水翼固定连接，使水翼只能以水翼连接轴为轴线进行转动。
7.根据权利要求4所述的水翼前向推进效率实验装置，其特征在于，所述水翼限位杆与水翼固定连接，将水翼的运动限定在水翼摆动导轨弧形孔槽的角度范围内。
全文摘要
本发明公开了一种水翼前向推进效率实验装置，包括浮体、步进电机、曲柄导杆机构和水翼摆动机构。在浮体下设置并由步进电机浮体浮在水面，水翼摆动机构及其水翼浸在水中。步进电机通过驱动曲柄的回转运动，带动竖直导杆上下运动，从而使竖直导杆连接的水翼上下运动，模拟波浪作用产生前向推进力，水翼摆动导轨弧形孔槽对水翼限位杆的限定作用将水翼限定在一定角度内摆动。本发明能够在没有造波水池环境下方便的测试在不同波高和波频环境下对于不同翼型不同摆角的水翼在上下运动时的前向推进效率。
文档编号B63B9/00GK103192951SQ20131005952
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月26日 优先权日2013年2月26日
发明者齐占峰, 张选明, 孙秀军, 贾丽娟 申请人:国家海洋技术中心