前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗裝置及方法與流程
2023-10-18 05:38:14 3
本發明涉及水面飛行器試驗領域，具體涉及一種前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗裝置及方法。
背景技術：
水面飛行器的設計要大量參照拖曳水池中的水動力性能試驗，所以提高水動力性能試驗的精度對於水面飛行器的設計工作極為重要。
快速性也是水面飛行器水動力性能的重要指標，現有的快速性試驗方法是將試驗模型安裝在拖車底部，由於拖車整體結構較大，與水池池壁共同形成了相對密閉的試驗區域，且試驗裝置整體位置偏低，模型附近有過多試驗裝置的幹擾，對試驗區域的空氣流速影響很大，試驗時氣流進入試驗區域時變得非常紊亂，造成了氣流速度與拖曳速度不一致的情況。導致模型在紊亂氣流影響下運動不夠穩定，且試驗模型的平尾處風速偏小，對升降舵效率產生不利影響，飛行器模型在前重心位置狀態下滑水起飛時無法達到理想的姿態角，影響實機性能預報。
技術實現要素：
為解決現有技術存在的問題，本發明提出了一種前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗裝置及方法。
本發明的技術方案為：
所述一種前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗裝置，其特徵在於：包括全機動力模型(1)、拖車系統(2)、主梁(3)、滑動裝置、導航裝置(8)和傳感器系統；
所述主梁(3)固定在拖車系統(2)的前端，主梁(3)前端固定有一組軌道(4)；
所述滑動裝置安裝在軌道(4)上；所述滑動裝置與全機動力模型(1)重心處鉸接，全機動力模型(1)能繞重心位置鉸接點自由俯仰轉動；所述滑動裝置能夠帶動全機動力模型(1)在一定範圍內上下以及沿軌道(4)前後自由運動；
所述導航裝置(8)固定在拖車系統(2)或主梁(3)上，全機動力模型(1)尾部的導航杆插入導航裝置(8)內部，導航裝置(8)能夠控制全機動力模型(1)在試驗過程中不產生偏航；
所述全機動力模型(1)內部安裝有電機(12)，電機(12)能夠帶動全機動力模型(1)的螺旋槳轉動；
所述傳感器系統包括阻力儀(9)、線位移計(10)和傾角傳感器(11)；阻力儀(9)固定安裝在主梁(3)上，並與滑動裝置的水平運動部件連接；線位移計(10)安裝在滑動裝置的垂直運動部件上，且線位移計(10)的測量端連接滑動裝置的水平運動部件；傾角傳感器(11)固定安裝在全機動力模型(1)上。
進一步的優選方案，所述一種前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗裝置，其特徵在於：所述滑動裝置包括小滑車(5)、升沉杆(6)和曲柄(7)；小滑車(5)安裝在軌道(4)上，並能夠沿軌道(4)前後運動，升沉杆(6)垂直穿過小滑車(5)，小滑車(5)與升沉杆(6)在水平方向固定約束，在垂直方向自由移動；曲柄(7)固定安裝在升沉杆(6)下方，曲柄(7)外端與全機動力模型(1)重心處鉸接。
進一步的優選方案，所述一種前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗裝置，其特徵在於：控制電機(12)轉速的變頻器(13)固定安裝在拖車系統(2)上，變頻器(13)與電機(12)的控制信號輸入端電連接。
所述一種前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗方法，其特徵在於：包括以下步驟：
步驟1：安裝試驗裝置並完成電氣信號連接與測試；
步驟2：拖車系統(2)加速帶動全機動力模型(1)在水池內向前運動，調節變頻器(13)啟動全機動力模型(1)的螺旋槳，由拖車系統(2)控制全機動力模型(1)前進速度，由變頻器(13)控制全機動力模型(1)的螺旋槳轉速；當全機動力模型(1)前進速度與螺旋槳轉速均穩定後，採集試驗數據；拖車系統(2)穩定運行一段區間後，拖車系統(2)減速，關閉變頻器(13)並停止採集試驗數據；
步驟3：試驗結束後，分析採集的試驗數據有效性，剔除無效數據，然後記錄有效的試驗參數，包括試驗速度、剩餘拉力、縱傾角、重心升沉幅值、升降舵偏角；並根據公式
Rm＝T1cosθ-T2
計算全機動力模型(1)的水阻力，其中T1為氣動校核試驗螺旋槳剩餘拉力，T2為模型靜水試驗螺旋槳剩餘拉力，θ為縱傾角，Rm為模型純水阻力；然後進行按照公式
進行實機阻力換算，得到實機純水阻力Rs，η為比例尺效應係數，λ為模型比例。
有益效果
本發明的優點在於：全機動力模型在試驗時運動更加穩定，在前重心位置狀態下滑水起飛時可以達到理想的姿態角，解決了試驗過程中氣動、水動速度不匹配的問題，模型試驗方法精度高、實機水動性能預報更加準確。
本發明的附加方面和優點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，或通過本發明的實踐了解到。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1：本發明結構示意圖。
其中：1、全機動力模型；2、拖車系統；3、主梁；4、軌道；5、小滑車；6、升沉杆；7、曲柄；8、導航裝置；9、阻力儀；10、線位移計；11、傾角傳感器；12、電機；13、變頻器。
具體實施方式
下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標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施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
本發明的目的是提出一種前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗裝置及方法。
如圖1所示，前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗裝置包括全機動力模型1、拖車系統2、主梁3、滑動裝置、導航裝置8和傳感器系統。
所述主梁3固定在拖車系統2的前端，主梁3前端固定有一組軌道4。
所述滑動裝置安裝在軌道4上；所述滑動裝置與全機動力模型1重心處鉸接，全機動力模型1能繞重心位置鉸接點自由俯仰轉動；所述滑動裝置能夠帶動全機動力模型1在一定範圍內上下以及沿軌道4前後自由運動。
如圖1所示，所述滑動裝置包括小滑車5、升沉杆6和曲柄7；小滑車5安裝在軌道4上，並能夠沿軌道4前後運動，升沉杆6垂直穿過小滑車5，小滑車5與升沉杆6在水平方向固定約束，在垂直方向自由移動；曲柄7固定安裝在升沉杆6下方，曲柄7外端與全機動力模型1重心處鉸接。
如圖1所示，所述導航裝置8固定在主梁3上，全機動力模型1尾部的導航杆插入導航裝置8內部，導航裝置8能夠控制全機動力模型1在試驗過程中不產生偏航。
與前置式全機動力模型快速性試驗相關的電氣設備包括電機12和傳感器系統。電機12安裝在全機動力模型1內部，電機12的控制信號輸入端與固定安裝在拖車系統2上的變頻器13電連接。電機12與全機動力模型1的螺旋槳轉軸之間通過渦輪蝸杆傳動。
所述傳感器系統包括阻力儀9、線位移計10和傾角傳感器11；阻力儀9固定安裝在主梁3上，並與小滑車5之間用鋼索連接，用於測量剩餘拉力；線位移計10安裝在升沉杆6上，且線位移計10的細線測量端連接在小滑車5上，用於測量重心升沉幅值；傾角傳感器11固定安裝在全機動力模型1上，用於測量縱傾角。
依據上述對試驗裝置的描述，本領域技術人員能夠完成試驗裝置的安裝和電氣設備的連接，下面描述基於上述裝置的前置式水面飛行器快速性全機動力模型試驗方法，包括以下步驟：
步驟1：安裝試驗裝置並完成電氣信號連接與測試；
步驟2：拖車系統2加速帶動全機動力模型1在水池內向前運動，調節變頻器13啟動全機動力模型1的螺旋槳，由拖車系統2控制全機動力模型1前進速度，由變頻器13控制全機動力模型1的螺旋槳轉速；當全機動力模型1前進速度與螺旋槳轉速均穩定後，通過數據採集系統採集試驗數據；拖車系統2穩定運行一段區間後，拖車系統2減速，關閉變頻器13並停止採集試驗數據；
步驟3：試驗結束後，分析採集的試驗數據有效性，剔除無效數據，然後記錄有效的試驗參數，包括試驗速度、剩餘拉力、縱傾角、重心升沉幅值、升降舵偏角；並根據公式
Rm＝T1cosθ-T2
計算全機動力模型1的水阻力，其中T1為氣動校核試驗螺旋槳剩餘拉力，T2為模型靜水試驗螺旋槳剩餘拉力，θ為縱傾角，Rm為模型純水阻力；然後進行按照公式
進行實機阻力換算，得到實機純水阻力Rs，η為比例尺效應係數，λ為模型比例。
申請人是我國特種飛行器的主要研製單位，申請人通過試驗對比，得到試驗結果表明採用本發明後，全機動力模型在試驗時運動更加穩定，在前重心位置狀態下滑水起飛時可以達到理想的姿態角，解決了試驗過程中氣動、水動速度不匹配的問題，模型試驗方法精度高、實機水動性能預報更加準確。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。