一种水下拖曳试验装置的制作方法

本发明涉及一种水下拖曳试验装置，其属于海洋工程、潜航器运载与探测工程领域。

背景技术：

海洋水文观测、深海探测和海底矿藏资源开发，以及海洋安全保护等都需要研制各种类型和用途的水下航行器，水下潜航器的工作方式有单体作业或多体协同作业，多个水下潜航器协同作业的方式通常有并行或串行拖曳，更常见的方式是串行拖曳作业方式，因此研究在多个水下潜航器串行拖曳作业过程中，不同类型潜航器的运动特性、声纳探测性能等需要通过相关模型试验给予验证。本发明装置就是针对上述问题而提出的一种新型水下拖曳试验装置。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种水下拖曳试验装置，本试验装置应在拖曳水池中模拟不同水深定位、不同运动速度、不同组合方式的拖带试验工况，对串联组合的水下深潜器进行航行稳定性试验、航行姿态控制试验、牵引力与牵引角度组合试验、载荷敏感性试验、环境噪声试验、声学探测试验和电磁兼容特性探测试验。

本发明采用的技术方案是：一种水下拖曳试验装置，这种水下拖曳试验装置包括水池、拖车、下沉平台、拖带和拖体，拖车设置在水池的顶部。

所述拖车包含作业平台、吊车、围栏、救生圈、测控室、配电室和总线端口，作业平台上设置轨道槽，吊车的底部设置轮式机构，吊车通过轮式机构卡入轨道槽连接作业平台，作业平台的周边设置围栏，救生圈挂靠在围栏上，测控室、配电室和总线端口设置在作业平台的台面上，作业平台上开设月池，拖车通过作业平台滑动连接水池。

所述下沉平台包含l型导梁、立板、平板、栏杆和步梯，l型导梁的顶部固定连接作业平台的底面，立板和平板固定连接成u型结构，u型结构滚动连接l型导梁，平板的两个侧边设置栏杆，立板的内侧设置步梯。

所述拖带包含纵向导向杆、垂向导向杆和滑块，滑块上设置纵向导孔和垂向导孔，滑块通过纵向导孔连接纵向导向杆，通过垂向导孔连接垂向导向杆，纵向导向杆与月池卡扣连接，纵向导向杆的两端分别设置吊槽，垂向导向杆的上端设置吊耳，下端连接拖杆。

所述拖体包含椭球型拖体、箱型拖体、圆锥型拖体、牵缆和拖缆，椭球型拖体通过牵缆连接拖杆，通过拖缆依次连接箱型拖体和圆锥型拖体。

所述水池是由池壁、底座和轨道固定连接构成的立方体，底座设置在池壁的顶部，底座的顶部设置轨道，作业平台的底面四端设置拖车导轮，拖车导轮滑扣在轨道上。

所述作业平台上设置外伸平台，外伸平台的周边设置围栏，月池的两端对称设置池口槽，纵向导向杆的两端卡扣在池口槽上，作业平台设置外伸平台的部分设置轨道槽。

所述吊车由基座、立柱、吊臂、吊臂导轨、限位器、电葫芦和配重块组成，基座的底部设置轮式机构，基座通过轮式机构连接轨道槽，基座的上端连接立柱，立柱的上端活动连接吊臂，吊臂的一端连接限位器，另一端连接配重块，吊臂上设置吊臂导轨，电葫芦挂扣在吊臂导轨上。

两个l型导梁对称的连接作业平台的底面，l型导梁的长度大于月池的宽度，l型导梁的两端设置凸台，立板的外侧上部设置平台导轮，立板通过平台导轮滑动连接l型导梁。

所述滑块的顶部开设导销孔，纵向导向杆的对应位置开设销槽，滑块通过销子插入导销孔和销槽固定纵向导向杆，滑块的底部对称的设置两个可绕转轴自由摆动的卡爪，垂向导向杆的两侧设置卡槽，滑块通过卡爪卡入卡槽固定垂向导向杆，卡爪与卡槽采用静摩擦角配合，垂向导向杆的中部设置垂向导槽，垂向导槽的两侧设置刻度线，导槽杆固定连接在垂向导孔内，导槽杆与垂向导槽滑动连接。

所述拖杆的下端连接拖板，拖板上设置拖孔，牵缆绕过拖孔连接椭球型拖体。

所述测控室和配电室是撬式单元结构，分别设置在作业平台的对角位置。

所述拖杆和拖板的截面边线呈流线型。

本发明的有益效果是：这种水下拖曳实验装置包括水池、拖车、下沉平台、拖带和被测试拖体，结构简单、使用方便、维护便利且具有可靠性高等特点。拖带具有灵活、方便的调节拖体埋深功能。月池和下沉平台为操作人员提供更加便利的试验观测与试验作业。拖车外伸平台和自带吊车为试验过程中设备安装、水下拖体的布放提供便利性。撬装测试室和配电室，以及标准化的总线端口为试验提供了便捷组合性。本试验装置能够在拖曳水池中模拟不同水深定位、不同运动速度、不同组合方式的拖带试验工况，串联组合的水下深潜器具有航行稳定性试验、航行姿态控制试验、牵引力与牵引角度组合试验、载荷敏感性试验、环境噪声试验、声学探测试验和电磁兼容特性探测试验等功能。通过模型试验验证为水下深潜器设计优化提供科学依据，提高设计效率，节约研发成本，为工程装备研制提供可靠保障。

附图说明

图1是水下拖曳试验装置的立体图。

图2是水下拖曳试验装置的俯视图。

图3是水下拖曳试验装置的正视图。

图4是水下拖曳试验装置的左视图。

图5是下沉平台的立体图。

图6是拖带的立体图。

图7是图6中的a-a剖面图。

图8是图6中m的局部放大图。

图9是滑块的立体图。

图10是图9中的n向视图。

图中：1、水池，2、拖车，3、下沉平台，4、拖带，5、拖体，6、坐标系，10、水面，11、池壁，12、底座，13、轨道，20、作业平台，20a、外伸平台，20b、月池，20c、池口槽，20d、轨道槽，20e、拖车导轮，21、吊车，21a、基座，21b、立柱，21c、吊臂，21d、吊臂导轨，21e、限位器，21f、电葫芦，21g、配重块，22、围栏，23、救生圈，24、测控室，25、配电室，26、总线端口，30、l型导梁，30a、凸台，31、立板，31a、平台导轮，32、平板，33、栏杆，34、步梯，40、纵向导向杆，40a、销槽，40b、吊槽，41、垂向导向杆，41a、卡槽，41b、垂向导槽，41c、吊耳，41d、拖杆，41e、拖板，41f、拖孔，41g、刻度线，42、滑块，42a、卡爪，42b、转轴，42c、导槽杆，42d、导销孔，42e、垂向导孔，42f、纵向导孔，43、销子，50、椭球型拖体，51、箱型拖体，52、圆锥形拖体，53、牵缆，54、拖缆。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的装置做进一步描述。

如图1所示，这种水下拖曳试验装置由水池1、拖车2、下沉平台3、拖带4和拖体5等部分组成。坐标系6是水下拖曳试验装置的参考坐标系，纵向x表示拖车2前进方向、横向y表示水池1宽度方向、垂向z表示水池1水深高度方向。水池1是yz截面为等矩形的沿x方向延伸的规则立方体，其主要由池壁11、底座12、轨道13等组成，水池1里充满一定高度的淡水，试验初始状态水面10为静态，水面10高度根据特定试验工况调整吃水水位。底座12坐落在池壁11上端，轨道13坐落在底座12上面，池壁11、底座12和轨道13结构固定连接，两条轨道13平直、平行且在统一水平面上。轨道13是承载拖车2行走的基础和导向。水面10下面放置零浮力拖体5。

如图1、2、3、4所示，拖车2是水下拖曳试验装置的运动载体，它由作业平台20、外伸平台20a、月池20b、池口槽20c、轨道槽20d、拖车导轮20e、吊车21、围栏22、救生圈23、测控室24、配电室25和总线端口26等构件或单元组成。方形水平作业平台20下表面四端部连接拖车导轮20e，拖车导轮20e在轨道13面上沿x方向前后滚动行进。作业平台20连接一个外伸平台20a，其作用是扩大吊车21和试验人员操作空间和便利性。在作业平台20和外伸平台20a上表面周边安装有围栏22，救生圈23挂靠在围栏22上，围栏22和救生圈23起到安全防护和应急救生作用。在作业平台20中间位置开设月池20b，用于连接下沉平台3、安装拖带4和布放拖带4等，同时也方便试验过程的观察和数值测量。在x方向的月池20b两端中间对称位置有池口槽20c，其用于放置拖带4中的纵向导向杆40。在作业平台20和外伸平台20a上表面设置轨道槽20d，两条轨道槽20d沿x方向平行布置，轨道槽20d支撑吊车21行走。电动吊车21由基座21a、立柱21b、吊臂21c、吊臂导轨21d、限位器21e、电葫芦21f、配重块21g等构件组成，其主要用于吊装拖体5和拖带4，以及辅助试验仪器设备布置和撬装件移位等。基座21a下端安装轮式，其在轨道槽20d中行走。基座21a上端垂直连接立柱21b，立柱21b上端水平连接吊臂21c，吊臂21c可以360度旋转作业。限位器21e和配重块21g分别安装在吊臂21c两端。电葫芦21f挂在吊臂21c的吊臂导轨21d上，并沿吊臂导轨21d行走，电葫芦21f运动轨迹可以覆盖月池20b及周边。测控室24和配电室25是撬式单元结构，分别安放在作业平台20对角位置，也可以根据试验工况需要适当调整安放位置。测控室24用于试验过程中的数据采集、分析与传输，配电室25用于提供拖车2、吊车21和试验仪器设备动力供电。在作业平台20上下表面预置了多个电源及数据采集总线端口26，其方便吊车21、测控室24、配电室25和拖带4总线端口26对接，同时也方便操作人员就近连接使用。

如图1、3、4、5所示，下沉平台3由两个立板31和平板32固定连接成的u型结构（y方向），以及l型导梁30、凸台30a、平台导轮31a、栏杆33、步梯34等构件组成，其放置在作业平台20下方的月池20b里，下沉平台3是拖车2的辅助单元，用于在试验测试中人员及仪器能够更加接近拖体5等被测试物。两个l型导梁30沿y方向平行且对称连接在作业平台20下表面，其长度覆盖月池20b宽度（y方向）且适当延长，并满足当下沉平台3移动到两端时，不影响月池20b在z方向空间内操作。上述u型结构高度要满足人员操作要求，其底部要高出水面10并留出水波拍击高度余量，在上述u型结构中的平板32两侧边安装栏杆33，在两个立板31内侧分别设置人行步梯34，在两个立板31外侧上方分别连接平台导轮31a，平台导轮31a具有自锁功能，可以在l型导梁30上滚动，从而带动下沉平台3沿y方向移动。l型导梁30两端设置凸台30a，防止下沉平台3脱轨。

如图1、2、4、6、7、8、9、10所示，拖带4由纵向导向杆40、销槽40a、吊槽40b、垂向导向杆41、卡槽41a、垂向导槽41b、吊耳41c、拖杆41d、拖板41e、拖孔41f、刻度线41g、滑块42、卡爪42a、转轴42b、导槽杆42c、导销孔42d、垂向导孔42e、纵向导孔42f和销子43等构件或属性构成。矩形滑块42是拖带4的关键连接节点结构，滑块42在x、z方向分别开设纵向导孔42f和垂向导孔42e，纵向导向杆40和垂向导向杆41分别穿过纵向导孔42f和垂向导孔42e，这样形成了十字型杆件结构。滑块42上端开设导销孔42d，滑块42下端对称连接两个卡爪42a，卡爪42a可以绕转轴42b自由摆动。纵向导向杆40两端放置在月池20b边缘的池口槽20c里，这样当拖车2运动时，拖带4也就随之运动。在纵向导向杆40上面等距开设若干个销槽40a，销子43可以穿过导销孔42d落在销槽40a里，这样就能设置滑块42在x方向的确定位置。在纵向导向杆40两端分别有吊槽40b，其方便吊车21对拖带4的吊装操作。在垂向导向杆41上开设卡槽41a（水平对称开设）、垂向导槽41b、刻度线41g（在垂向导槽41b两侧水平对称位置），导槽杆42c固定连接在垂向导孔42e内，并在垂向导槽41b里滑动，这样垂向导向杆41就能在滑块42的垂向导孔42e内垂向移动。刻度线41g用于确定垂向导向杆41与滑块42的相对位置，当两个卡爪42a分别卡入对应的卡槽41a里时，垂向导向杆41就与滑块42紧密连接。卡爪42a与卡槽41a是静摩擦角配合，在有垂向力作用时，卡爪42a不会自行脱开；当有外力提升垂向导向杆41时，卡爪42a可以脱离卡槽41a，这样就方便垂向导向杆41安装或调整其高度位置。垂向导向杆41上端连接吊耳41c，用于吊车21吊装或调整垂向导向杆41放置位置。垂向导向杆41下端连接横截面为椭圆的拖杆41d，拖板41e连接在拖杆41d下端。如图7所示，拖杆41d和拖板41e截面边线呈流线型，以减小拖曳中的水阻力。在拖板41e上规则开设了若干个拖孔41f，用于牵引拖体5。多个拖孔41f沿z方向布置，以及垂向导向杆41沿z方向高度可调，可以为不同埋深深度拖体5提供不同水深试验工况。滑块42可以沿纵向导向杆40移动调整位置，也为拖体5试验测试提供方便。由滑块42连接起来的十字型拖带4，结构形式简洁，构件在x、z方向组合调整方便，结构受力合理，为水池开展水下拖曳试验提供良好保障。

如图1、2、3、4所示，拖体5由椭球型拖体50、箱型拖体51、圆锥形拖体52、牵缆53和拖缆54等构件组成。在试验前需要对椭球型拖体50、箱型拖体51、圆锥形拖体52进行配重，并在它们体内安装相关仪器设备，分别使它们各自的重力与浮力平衡。牵缆53和拖缆54既是柔性连接缆绳，也是测试力感应器。椭球型拖体50、箱型拖体51、圆锥形拖体52之间采用拖缆54连接，形成串联组合体结构。牵缆53绕过拖孔41f与椭球型拖体50连接，这样就形成了完整的水下拖曳机构。当拖车2在水池1上沿x方向运动时，拖车2连同下沉平台3带动拖带4运动，拖带4再牵引水下拖体5运动。拖体5可以实现多种不同形式的测试体拖体串联组合，最前面那个拖体必须采用牵缆53与拖带4连接，其之后的多个拖体必须采用拖缆54进行连接。