一种用于水下试验模型的重心调节装置及方法与流程

1.本发明涉及一种重心调节系统，具体涉及一种用于大尺度水下试验模型的可实现重心调节装置。


背景技术：

2.现有的重心调节机构一般由驱动装置、导轨和重物构成，重物块沿导轨运动来实现对系统重心位置的调节。重心调节机构在一些复杂系统中得到了广泛的应用。如文献《小型水下航行器重心调节机构设计》和《水下航行器重心调节机构设计》介绍了一种水下航行器的重心调节结构，重心调节机构通过步进电机带动变速控制丝杆，丝杆带动质量块来实现系统重心高精度调节。重心调节装置俯仰角调节范围≤
±
45度，调节精度为0.1度，重心调节量不小于2.5kg。
3.但是上述的重心调节机构仅能小体积小质量潜水器的重心调节起到作用，对大尺度大质量的水下试验重心和浮心的调节效果有限。大质量水下潜器的浮力调节和浮心-重心调节功能单独实现，大部分为通过改变油囊体积改变浮力，通过改变重体如压载铁等在整船的位置来改变重心，且存在控制精度差，检测不准的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于水下试验模型重心调节装置及方法，维持水下试验模型重心位置相对稳定，满足该水下试验模型对不同设备和不同动力学系统的性能验证需求；同时通过对水下试验模型调节舱注入水和排除调节水达到减少模型变形，以免引起过大的弯曲力矩和剪切力，降低模型振动的目的。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于水下试验模型的重心调节装置，在水下试验模型内部设置三个调节水舱和六个无介质流失的开放式水舱，调节水舱分别布置于首部舱室和中部舱室，其他舱室为开放式水舱；每个调节水舱的液体进出口均装有电磁控制阀，用于控制调节水舱内液体截止流入流出，每个调节水舱的出口管路上安装调节水泵，用于调整各个调节水舱内水位及重量；通过控制调节水舱中的压载水水位来调节控制水重量分布从而调整试验模型重心位置，六个无介质流失的开放水舱的进水管路上安装调节水泵，通过进出水能维持模拟舱段重量不变。
6.进一步，所述重心调节装置的吸排水采用高压调节水泵作为动力，通过电磁阀来控制水流的方向，通过水位计、流量计实现调节水的质量调配和调节信息的实时监测。
7.进一步，所述电磁控制阀，调节水泵均可遥控方式开启，并与上位机控制系统实现联动。
8.一种用于水下试验模型的重心方法，采用用于水下试验模型的重心调节装置，其步骤为：
9.(1)根据试验需求更换水下试验模型内部设备安装及布局，根据设备质量及其重心位置，上位机估算水下试验模型重心位置，给出水下试验模型纵向重心位置x1，x2，x3；
10.(2)根据水位调节原理，计算为保持重心位置稳定时三个调节水舱的水位信息h1、h2、h3，并计算达到水位信息所需水量，确定三个调节水舱和开放水舱所需流量q1，q2，q3，q4；
11.(3)根据流量信息确定各个管路中电磁阀开启时间及调节水泵开启时间；
12.(4)控制器输出电磁阀及调节水泵开启指令，达到开启时间后，读取四个调节水泵的流量信息q1，q2，q3，q4和三个调节水舱水位信息h1，h2，h3；
13.(5)若q1＝q1，q2＝q2，q3＝q3，q4＝q4，h1＝h1，h2＝h2，h3＝h3，完成水位调节；(6)若不满足5)中条件，则重复步骤(3)-(4)；
14.(7)根据水位信息，计算此时试验模型纵向重心位置x1，x2，x3，若与x1，x2，x3偏差在10％内，则完成重心调节，否则重复步骤(1)-(5)。
15.本发明的有益效果是：
16.本发明的装置满足了对水下试验模型的重心调节功能的要求；通过调节水下模型中多个优化布置的调节水舱内调节水水量的方式实现了上述功能的，此外通过水位计和流量计实现被调节体积水量的实时检测和精确调节控制。具体效果包括：
17.1)通过一体化机、电、液压闭环控制技术实现了调节水的闭环控制，重心调节装置可接受上位机命令完成预定调节水的控制调节。
18.2)实现了重心调节装置与试验模型舱体结构的一体化设计，减小了水下试验模型的复杂度。
19.3)采用闭环液压系统，通过高精度水位和流量传感器实现水位和流量反馈即被控调节水量的反馈参与控制调节，控制精度高，实时性好。
附图说明
20.图1是重心调节装置组成框图；
21.图2是水舱布置主视图；
22.图3是图2的左视图；
23.图4是图2的俯剖视图；
24.图5是调节原理框图；
25.图中：1-电磁阀一，2-调节水舱一，3-水位计一，4-电磁阀二，5-调节水泵一，6-流量计一，7-电磁阀三，8-调节水舱二，9-水位计二，10-电磁阀四，11-调节水泵二，12-流量计二，13-电磁阀五，14-调节水舱三，15-水位计三，16-电磁阀六，17-调节水泵三，18-流量计三，19-总管路，20-电磁阀七，21-流量计四，22-水泵四，23-电磁阀八，24-透气孔，25-开放水舱一，26-开放水舱二，27-开放水舱三，28-开放水舱四，29-开放水舱五，30-开放水舱六。
具体实施方式
26.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
27.本发明的用于水下试验模型的重心调节装置通过在调节水舱间进行配重介质输送与转移，实现水下试验模型重心调节。该重心调节装置包括调节水舱、开放水舱、调节水泵、电磁阀、水位计、流量计等。为了实现多向调节，吸排水采用高压调节水泵作为系统的主要动力，通过电磁阀来控制水流的方向，通过水位计、流量计实现调节水的质量调配和调节
信息的实时监测。
28.在水下试验模型内部设置三个调节水舱和六个无介质流失的开放式水舱，调节水舱分别布置于首部舱室和中部舱室，其他舱室为开放式水舱。调节水舱通过控制压载水水位调节控制调节水重量分布从而调整试验模型重心位置，开放水舱通过进出水能维持模拟舱段重量不变。
29.每个调节水舱均包括液体进出口，进出口均装有电磁控制阀，用于控制调节水舱内截止流入流出。在每个调节水舱的出口管路上安装调节水泵，用于调整各个调节水舱内水位及重量。电磁控制阀，调节水泵均可遥控方式开启，并可与上位机控制系统实现联动。
30.实施例：
31.如图1所示，一种用于水下试验模型的重心调节装置，包括电磁阀一1、调节水舱一2、水位计一3、电磁阀二4、调节水泵一5、流量计一6、电磁阀三7、调节水舱二8、水位计二9、电磁阀四10、调节水泵二11、流量计二12、电磁阀五13、调节水舱三14、水位计三15、电磁阀六16、调节水泵三17、流量计三18、总管路19、电磁阀七20、流量计四21、水泵四22、电磁阀八23、透气孔24、开放水舱一25、开放水舱二26、开放水舱三27、开放水舱四28、开放水舱五29、开放水舱六30。
32.总管路19上分别连接有调节水舱一2、调节水舱二8、调节水舱三14，以及开放水舱一25、开放水舱二26、开放水舱三27、开放水舱四28、开放水舱五29、开放水舱六30。其中：调节水舱一2的进水口设有电磁阀一1，出水口通过电磁阀二4连接调节水泵一5和流量计一6。调节水舱二8的进水口设有电磁阀三7，出水口通过电磁阀四10连接调节水泵二11和流量计二12。调节水舱三14进水口设有电磁阀五13，出水口通过电磁阀六16连接调节水泵三17和流量计三18。总管路19通过电磁阀七20、流量计四21、水泵四22、电磁阀八23连接开放水舱一25。开放水舱一25、开放水舱二26、开放水舱三27、开放水舱四28、开放水舱五29、开放水舱六30上分别设有透气孔24。
33.图2至图4所示为水舱布置，含有调节水舱a和开放水舱b。
34.一种用于水下试验模型的重心方法，如图5所示，其步骤为：
35.1)根据试验需求更换模型内部设备安装及布局，根据设备质量及其重心位置上位机估算试验模型重心位置，给出试验模型纵向重心位置x1，x2，x3。
36.2)根据水位调节原理，计算为保持重心位置稳定时三个调节水舱的水位信息h1、h2、h3，并计算达到水位信息所需水量，确定所需流量q1，q2，q3，q4。
37.3)根据流量信息确定各个管路系统电磁阀开启时间t1-t8及调节水泵开启时间t1-t8。
38.4)控制器输出电磁阀及调节水泵开启指令，达到开启时间后，读取调节水泵流量信息q1，q2，q3，q4和水舱水位信息h1，h2，h3。
39.5)若q1＝q1，q2＝q2，q3＝q3，q4＝q4，h1＝h1，h2＝h2，h3＝h3，完成水位调节。
40.6)若不满足5)中条件，则重复3)-4)步骤。
41.7)根据水位信息，计算此时试验模型纵向重心位置x1，x2，x3，若与x1，x2，x3偏差在10％内，则完成重心调节，否则重复步骤1)-5)。