一种水下滑翔机拖曳试验模型连接与支承装置

1.本发明属于水动力学试验领域，具体涉及一种水下滑翔机拖曳试验模型连接与支承装置。


背景技术：

2.水下滑翔机是一种新型水下运载平台，与传统的水下航行器相比，其不依靠螺旋桨产生的推力向前运动，而是依靠改变自身的浮力和姿态角在海洋中实现锯齿形滑翔，具有成本低、航程远以及隐蔽性好等优点，目前在许多领域已有应用。近年来，随着我国“海洋强国”战略不断向深远海的挺进，提高水下滑翔机的航程和续航能力成为阻碍其关键技术突破难啃的一块“硬骨头”。与传统回转体型水下滑翔机相比，采用翼身融合技术的新型水下滑翔机受到了人们极大的关注，其具备高升阻比、高滑翔比以及可携带更多机载设备等优势。
3.在该种水下滑翔机的设计过程中，数值模拟仿真是一种极为重要的手段，但是数值模拟仿真结果的真实性与准确性始终需要依靠相关试验来进行验证，而拖曳水池能够对试验数据实时监测，为其相关试验的开展提供一个良好的环境。
4.翼身融合式水下滑翔机在拖曳水池中进行相关试验时，由于采用缩比模型，需要满足一定的相似准则，为了实现相似准则中模型运动速度和质量的要求，给自身不带动力装置的模型提供试验工况所需要的速度，需要将模型与外部拖车相连接。同时，还能根据不同速度工况下对试验模型进行不同的配重以及确保模型在试验时的稳定性。更为重要的是，为了模拟实物作业时所处的流场，必须减小该连接装置对模型外部流场的干扰。因此，设计一种能同时满足上述要求的拖曳水池试验模型固定支撑结构对水下滑翔机相关拖曳试验具有重大意义。
5.现有技术中公开了一种连接装置，该连接装置主要依靠由高强度绳和电缆所组成的缆绳，缆绳的一端与水下发电风筝连接，另一端与拖车底部的锚点柱连接，对水下风筝进行牵引，其中高强度绳承受水下发电风筝产生的拉力，传递其运动所需的动力，电缆传输水下发电风筝发电机所产生的电能，以及传递控制器与水下发电风筝之间的控制型号，以便其利用自身所带方向舵修正运动姿态。该装置可用于拖曳水池试验，但柔性连接对于不带任何动力装置的水下滑翔机模型而言，难以保证在试验过程中保持试验者所需的运动姿态。现有技术中公开的刚性连接装置主要包括安装支架、圆形管件以及拖车侧桥，可用于水上飞机模型的拖曳水池试验，但是对于需要在试验中全浸没的试验模型而言，该连接装置对模型外部流场的扰动较大，无法较为接近地模拟实物在作业时所处的真实外部环境。


技术实现要素：

6.要解决的技术问题：
7.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种水下滑翔机拖曳试验模型连接与支承装置，包括天平接杆、变攻角斜面、天平上固定板和天平下固定板。天平接杆通过螺钉
与拖车相连接，变攻角斜面通过螺钉与天平接杆相连接，天平上固定板通过螺钉与变攻角斜面相连接，模型下机体通过螺钉与天平下固定板相连接。其中，变攻角斜面与天平接杆通过定位销进行定位，天平上固定板与变攻角斜面通过定位销进行固定，模型下机体与天平下固定板通过定位销进行定位。满足了拖曳水池试验的技术需求，提升试验的准确性。
8.本发明的技术方案是：一种水下滑翔机拖曳试验模型连接与支承装置，包括天平接杆、变攻角斜面和天平固定板，拖车通过天平接杆与变攻角斜面连接，天平通过天平固定板固定于变攻角斜面与试验模型之间，通过相互之间的刚性连接传输动力，实现模型速度与拖车速度的同步；
9.所述天平接杆上设置有导流罩，通过该结构降低在试验过程中所受的流体阻力，用于减小整个装置在试验过程中因跨度大而产生的挠度；
10.通过采用不同角度的变攻角斜面来实现不同工况下的攻角。
11.本发明的进一步技术方案是：所述天平接杆的导流罩沿展向开有中心通孔，其两端设置有连接法兰，分别为上部法兰和下部法兰；所述中心通孔作为布线通道；所述上部法兰与拖车固定连接，下部法兰与变攻角斜面的一侧端面固定连接。
12.本发明的进一步技术方案是：所述导流罩采用naca翼型结构，用于减小天平接杆在试验过程中对模型外部流场的扰动。
13.本发明的进一步技术方案是：所述变攻角斜面为双层盘型结构，上层通过定位销、螺钉与天平接杆的下部法兰固定连接，下层通过定位销、螺钉与天平固定板固定连接。
14.本发明的进一步技术方案是：所述变攻角斜面的上层顶面为倾斜面，与下层底面之间的夹角为攻角。
15.本发明的进一步技术方案是：所述变攻角斜面的上层端面上开有缺口，试验线缆穿过该缺口后进入天平接杆中心通孔。
16.本发明的进一步技术方案是：所述变攻角斜面的上层直径小于下层直径。
17.本发明的进一步技术方案是：所述天平固定板包括天平上固定板和天平下固定板；天平的上端通过天平上固定板与变攻角斜面固定连接，其下端通过天平下固定板与试验模型连接。
18.本发明的进一步技术方案是：所述天平上固定板为盘型结构，其端面中间位置依照天平所带螺纹及孔的位置开有相对应的螺纹孔和定位销孔，便于对天平进行定位并固定；其端面四周位置根据变攻角斜面的连接需要，开有螺纹孔及定位销孔，用于实现天平上固定板与变攻角斜面连接的稳定性。
19.本发明的进一步技术方案是：所述天平下固定板为长方形片状结构，其端面中部设有圆形凸台，依据天平所带螺纹及孔的位置开有相对应的螺纹孔及定位销孔，实现天平的定位与连接；其端面两侧靠近长方形短边位置开有螺纹孔及定位销孔，实现天平下固定板与模型下机体的定位与连接。
20.具体实现过程为：天平接杆包括上部法兰、导流罩、下部法兰。上部法兰下表面与带有翼型的导流罩上表面焊接固连，上部法兰通过上部法兰固定螺钉与拖车相固连，导流罩另一端下表面通过焊接与下部法兰上表面固连，下部法兰通过下部法兰固定螺钉与变攻角斜面相固连，并通过两个天平接杆定位销进行定位，实现了天平接杆与拖车的刚性连接并确保了导流罩朝向的正确性，从而减小了连接结构对模型外部流场的扰动，较为真实地
模拟实物作业时的外部环境。变攻角斜面为双层盘型结构，其顶层通过下部法兰固定螺钉和天平接杆定位销与下部法兰相连接，并开有缺口，试验线缆从中穿过，进入天平接杆中心通孔，继而与总机相连接，避免了试验过程中线路暴露在外，并实现试验人员对试验数据的实时监测。变攻角斜面底层沿圆周开有螺纹孔及定位销孔，实现了变攻角斜面与天平上固定板的稳固定位与连接并确保其缺口位置朝向的准确性来保证中心位置。天平上固定板与天平下固定板组成天平固定板。天平上固定板为盘型结构，中间位置依照天平所带螺纹及孔的位置开有相对应的螺纹孔和定位销孔，便于对天平进行定位并固定。四周位置根据变攻角斜面的连接需要，开有螺纹孔及定位销孔，来实现其与变攻角斜面连接的稳定性及满足试验工况中改变攻角的需要。天平下固定板为长方形片状结构，中间位置为一圆形凸台，依据天平所带螺纹及孔的位置开有相对应的螺纹孔及定位销孔和定位销孔，实现天平的定位与连接。两侧靠近长方形短边位置开有螺纹孔及定位销孔，实现天平下固定板与模型下机体的定位与连接，如此一来，天平固定板将天平上下包夹，间接增大了天平与模型的接触面积，增强了测量装置连接的稳定性，进而降低试验数据因安装问题而引起的波动，提高了试验测量的准确性，并减小反复试验过程中拆装模型对天平所带螺纹的磨损。同时，为了实现相似准则中对模型质量的要求，在不削弱天平下固定板强度的约束条件下，在其上均匀地开有相应的减重槽，以实现对模型的配重。
21.有益效果
22.本发明的有益效果在于：采用本发明的连接与支承装置将模型固连于拖车上，与拖车实现速度同步，可开展多种速度工况下拖曳试验；导流罩对外部流场起疏导作用，其结构外形采用naca0012翼型，与一般圆柱相比其在水中受到的阻力可减小20％～30％，减小了该结构在试验过程中受到的流体阻力，提高了测试结果的精度，克服了连接结构因为跨度长而带来的刚度不足、稳定性差等问题；通过采用不同角度的变攻角斜面来实现不同工况下的攻角。
23.所述连接与支承装置连接于模型中部，减小了试验对模型所带来的附加力矩的影响，使得测量结果更加真实准确；线缆与主机直连，可实现试验人员对数据的实时监测，保障了试验的便捷性和安全性；天平通过天平固定板与实验模型相连接，间接增大了测量装置与模型的接触面积，减小了试验过程中反复拆装模型对天平所带螺纹的磨损并利用自身结构对模型进行了不同的配重。
附图说明
24.图1是整体结构示意图；
25.图2是天平接杆结构示意图；
26.图3是变攻角斜面结构示意图；
27.图4是天平上固定板结构示意图；
28.图5是天平结构示意图；
29.图6是天平下固定板结构示意图；
30.附图标记说明：1—天平接杆，2—变攻角斜面，3—天平上固定板，4—天平下固定板，5—天平接杆定位销，6—下部法兰固定螺钉，7—变攻角斜面定位销，8—变攻角斜面固定螺钉，9—天平，10—天平下固定板定位销，11—天平下固定板固定螺钉，12—上部法兰，
13—导流罩，14—下部法兰，15—天平小定位销，16—天平大定位销。
具体实施方式
31.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.如图1-6所示，本实施例一种拖曳水池螺纹连接型固定与支承结构，它包括了上部法兰12、上部法兰固定螺钉、导流罩13、下部法兰14、下部法兰固定螺钉6、天平接杆定位销5、变攻角斜面2、变攻角斜面固定螺钉8、变攻角斜面定位销7、天平上固定板3、天平固定螺钉、天平小定位销15、天平下固定板4、天平大定位销16、天平下固定板固定螺钉11和天平下固定板定位销10。上部法兰12通过焊接与导流罩13固连，导流罩13通过焊接与下部法兰14固连。下部法兰14通过6颗下部法兰固定螺钉6与变攻角斜面2固连。变攻角斜面2通过6颗变攻角斜面固定螺钉8与天平上固定板3相连。天平上固定板3通过4颗天平固定螺钉与天平9固连。天平9通过4颗天平固定螺钉与天平下固定板4相连。天平下固定板4通过6颗天平下固定板固定螺钉11与模型下机体固连。
34.下面结合附图说明本发明的安装及使用过程。
35.根据试验要求，首先将天平9与天平下固定板4通过1个天平大定位销16与1个天平小定位销15进行定位，然后通过4颗天平固定螺钉沿对角线方式依次拧紧进行固连，确保了天平9处于天平下固定板4的中心位置。将模型下机体朝上放置并固定好，利用2个天平下固定板定位销10把天平下固定板4与模型下机体定位好，并用6颗天平下固定板固定螺钉11沿对角线方式依次进行固连。此时，将天平上固定板3与天平9通过2个天平小定位销15进行定位，利用4颗天平固定螺钉沿对角线方式依次拧紧进行固连。接着，将变攻角斜面通过2个变攻角斜面定位销7与天平上固定板3进行定位，保证其上缺口的朝向，用6颗变攻角斜面固定螺钉8沿对角线方式依次拧紧固连并使天平9所带线缆经由变攻角斜面2所带缺口进入天平接杆中心通孔。然后，用2个天平接杆定位销5对天平接杆1与变攻角斜面2进行定位，确保导流罩13朝向的准确，用6颗下部法兰固定螺钉沿对角线方式依次拧紧固连。最后将天平接杆1通过6颗上部法兰固定螺钉沿对角线方式依次拧紧与拖车固连，实现模型整体与拖车相连接，以达到速度同步。由于结构简单，零部件少，安装过程并不复杂，缩短了重复试验时安装与拆卸模型的时间，后续维修与保养也更为方便，能够较好的保证模型在拖曳时的稳定性与试验数据的准确性，对水下滑翔机研发过程中关键技术的验证具有十分重要的作用。
36.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。