一种分层流试验自推进模型的水动力尾迹试验方法

技术领域

本发明涉及自推进模型试验技术领域，尤其是一种分层流试验自推进模型的水动力尾迹试验方法。

背景技术

分层流水池中用于水动力尾迹试验研究的自推进模型，主要是采用缆线控制方式控制推进器旋转，进而推动自推进模型向前或倒退运动，可有效模拟真实水下航行器的运动。

目前，分层流水池试验的自推进模型向前航行时，需要额外的导向装置控制其航向，由此带来的问题是自推进模型航行除了要克服自身阻力，还需要克服导向装置与导向钢丝绳间的摩擦阻力，导致自推进模型的推进器转速大于其匹配转速。但自推进模型航速一定，推进器转速不同，其产生的内波水动力尾迹有较大的差异，主要体现在推进器转速增加，水面内波尾迹会出现“紊乱”特征，推进器转速增加后，艇后的尾流涡结构有所增强，其剪切流动诱导水面“紊乱”特征。因此，仅仅采用航速研究分层流试验自推进模型对内波水动力尾迹的生成机理及定量评估不能准确反应水动力尾迹的影响条件，使试验结果不能准确预报实际推进器的水动力尾迹或指导实际推进器的设计。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种分层流试验自推进模型的水动力尾迹试验方法，从而同时对航速和推进器转速条件下的分层流试验自推进模型进行水动力尾迹的生成机理及定量评估，准确反应水动力尾迹的影响条件，使试验结果准确预报实际推进器的水动力尾迹或指导实际推进器的设计。

本发明所采用的技术方案如下：

一种分层流试验自推进模型的水动力尾迹试验方法，包括以下步骤：

S1、将自推进模型置于水池内，将自推进模型上部的导向件穿设在导向绳上，将自推进模型内的电机通过连接线与水池外的电源连接，将设置于自推进模型内的用于反馈推进器转速的测速结构通过连接线与水池外的转速记录仪连接；

S2、将水池内注水并形成分层流水体，在自推进模型上方沿自推进模型前进方向设置电导率仪阵；

S3、启动所述电机，所述电机通过传动轴驱动所述推进器转动，所述自推进模型在分层流水体内产生内波，电导率仪阵检测实时的电导率变化信号，自推进模型的航速检测模块实时输出航行速度信号；

S4、试验处理系统接收实时的电导率变化信号、航行速度信号和来自转速记录仪的推进器转速信号，并处理得出不同航速和推进器转速条件下推进器的水动力尾迹。

其进一步技术方案在于：

当需要在泵喷结构的推进器条件下进行水动力尾迹试验时，将自推进模型尾部的顺流段外部设置导管，使推进器位于所述导管内部，然后重复S3-S4。

所述测速结构包括安装于所述电机一侧的测速盘，所述推进器转动时所述测速盘与传动轴同步转动，所述测速盘一侧的自推进模型内部安装有所述测速盘配合的测速仪，所述测速仪与所述转速记录仪通过连接线连接，所述连接线为细型导线。

所述连接线为同时用于供电和数据传输的镀银线。

所述测速盘包括安装轴，所述安装轴与所述电机尾部的主轴端部传动连接，所述安装轴端部设置圆形结构的检测盘，所述检测盘的圆周方向设置有两个检测缺口，两个检测缺口沿径向设置，检测缺口与所述测速仪对应。

所述测速仪为槽型光电测速仪。

所述自推进模型包括主壳体，所述主壳体上部安装导向件，所述主壳体内设置配重块。

所述主壳体的材质为尼龙。

所述主壳体分为前、中、后三段，三段依次采用螺纹及密封圈结构连接。

所述导向件的水平截面型线为流线型。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过在自推进模型内设置用于反馈推进器转速的测速结构，并将试验过程中所得到的推进器转速信号和航行速度信号结合电导率变化信号综合分析处理，从而同时对航速和推进器转速条件下的分层流试验自推进模型进行水动力尾迹的生成机理及定量评估，准确反应水动力尾迹的影响条件，使试验结果准确预报实际推进器的水动力尾迹或指导实际推进器的设计。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明自推进模型及测量仪器的结构示意图。

图3为本发明测速盘的结构示意图(剖视)。

图4为本发明测速盘的结构示意图(侧视)。

图5为本发明自推进模型尾部的可拆卸顺流段的结构示意图。

图6为本发明自推进模型尾部仅仅安装推进器时的顺流段结构示意图。

图7为本发明自推进模型尾部的推进器外周设置导管时的顺流段结构示意图。

图8为本发明导向件的结构示意图(主视)。

图9为本发明导向件的流线型结构示意图(俯视)。

其中：

1、水池；2、导向绳；3、电导率仪阵；4、CCD相机；5、分层流水体；

6、自推进模型；61、顺流段；

7、连接线；8、电源；9、转速记录仪；10、主壳体；101、轴承；11、推进器；110、导管；12、传动轴；13、电机；14、测速仪；

15、测速盘；1501、安装轴；1502、检测盘；1503、检测缺口；

16、配重块；17、导向件。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图2所示，本实施例的分层流试验自推进模型的水动力尾迹试验方法，包括以下步骤：

S1、将自推进模型6置于水池1内，将自推进模型6上部的导向件17穿设在导向绳2上，将自推进模型6内的电机13通过连接线7与水池1外的电源8连接，将设置于自推进模型6内的用于反馈推进器11转速的测速结构通过连接线7与水池1外的转速记录仪9连接；

S2、将水池1内注水并形成分层流水体5，在自推进模型6上方沿自推进模型6前进方向设置电导率仪阵3；

S3、启动电机13，电机13通过传动轴12驱动推进器11转动，自推进模型6在分层流水体5内产生内波，电导率仪阵3检测实时的电导率变化信号，自推进模型6的航速检测模块实时输出航行速度信号；

S4、试验处理系统接收实时的电导率变化信号、航行速度信号和来自转速记录仪9的推进器转速信号，并处理得出不同航速和推进器转速条件下推进器11的水动力尾迹。

电源8置于自推进模型6的主壳体10的外部，为电压可调节的直流电源，通过调节电压的大小控制电机13及推进器11的转速，电压的正负可实现自推进模型6的前进或后退，电机13可在密闭空间持久工作；步骤S3中，自推进模型6的前进方向根据实际试验需要设定。

推进器11即为螺旋桨，安装在自推进模型6尾部，用于推动自推进模型6直线运动，推进器11直径大小与主壳体10缩尺比一致；传动轴12连接推进器11与电机13，起传动作用，传动轴12为不锈钢圆轴；电机13安装在主壳体10内部，其功率需满足推进器11转速要求；测速结构用于检测推进器11的转速可以直接测量传动轴12的转速，也可以间接测量传动轴12的转速；自推进模型中的导向件17上设置小孔，通过小孔“挂”在导向绳2上，保证自推进模型6直线航行，导向件17和导向绳2的配合用于在试验过程中保证自推进模型6在分层流水体5内沿直线且定深航行。

具体的，CCD相机4设置于水池1整体结构上方，作为航速检测模块，用于输出航行速度信号，航速检测模块也可以采用其它类型的传感器并设置于自推进模型6内部。

通过在自推进模型6内设置用于反馈推进器11转速的测速结构，并将试验过程中所得到的推进器转速信号和航行速度信号结合电导率变化信号综合分析处理，从而同时对航速和推进器转速条件下的分层流试验自推进模型6进行水动力尾迹的生成机理及定量评估，准确反应水动力尾迹的影响条件，使试验结果准确预报实际推进器的水动力尾迹或指导实际推进器的设计。

进一步，如图5-图7所示，当需要在泵喷结构的推进器11条件下进行水动力尾迹试验时，将自推进模型6尾部的顺流段61外部设置导管110，使推进器11位于导管110内部，然后重复S3-S4。

具体的，在自推进模型6的主壳体10的尾部可拆卸安装有顺流段61，主壳体10的尾部与传动轴12之间通过轴承101转动配合，顺流段61中部设置有与传动轴12配合的贯穿孔，传动轴12穿过贯穿孔后在端部安装推进器11，主壳体10内部用于驱动传动轴12的电机转轴部分处于水密状态，以上结构实现顺流段61的更换在水下进行；当需要在推进器11外部设置导管110时，在卸推进器11后更换固定安装有导管110的顺流段61，使推进器11位于导管110内部，实现在分层水体中在主壳体10外部更换推进器11的结构形式，增加试验条件的同时可减小对分层水体的扰动，提高了试验效率。

实施例二：

进一步，如图1-图2所示，测速结构包括安装于电机13一侧的测速盘15，推进器11转动时测速盘15与传动轴12同步转动，测速盘15一侧的自推进模型6内部安装有测速盘15配合的测速仪14，测速仪14与转速记录仪9通过连接线7连接，连接线7为细型导线。

具体来说，为了实现推进器11的转速反馈模式可以在电机13前端布置编码器，但存在两个问题，一是编码器布置需要一定的内部空间，会影响自推进模型6的整体大小，而自推进模型6的大小通常受限于水池1的大小；二是编码器的使用需要额外供电及信号输出，为避免接线过长容易导致的信号衰减和干扰问题所需线缆的线径要加粗，同时已有的电机13也需要供电，因此采用编码器反馈转速的自推进模型6的线缆会对分层流水体5造成一定的扰动，影响水动力尾迹研究。

本实施例的测速仪14和转速记录仪9为外购件，连接线7为线束，连接线7从自推进模型6正下方穿过，以减小对流动的影响；细型导线是指连接线7的线径与自推进模型6的直径尺寸之比在0.002-0.004范围内。

进一步，连接线7为同时用于供电和数据传输的镀银线。镀银线的型号规格可以为4芯特氟龙银镀线。

进一步，如图2-图4所示，测速盘15包括安装轴1501，安装轴1501与电机13尾部的主轴端部传动连接，安装轴1501端部设置圆形结构的检测盘1502，检测盘1502的圆周方向设置有两个检测缺口1503，两个检测缺口1503沿径向设置，检测缺口1503与测速仪14对应。

进一步，测速仪14为槽型光电测速仪。测速仪14采用槽型光电测速仪，具体可采用EE-SX670微型槽型光电开关，测速仪14与检测缺口1503对应。

以上结构中：

测速盘15与电机13的主轴连接，电机13启动后电机13的主轴转动，电机13的主轴与传动轴12同步转动，进而测速盘15与传动轴12同步旋转，测速仪14安装在测速盘15下端位置，测速仪14的槽型口大小可容纳测速盘15旋转，测速盘15旋转一周，测速仪14则记录测速盘15的转动信号两次，转动信号频率可通过连接线7输送至水池1外的转速记录仪9，该测速组合结构简单，实现了推进器11的转速反馈功能；

电源8通过电机13及推进器11驱动自推进模型6前进或倒退时，电机13的主轴每旋转一周，测速仪14与测速盘15的简易组合就会触发，信号通过连接线7传输到转速记录仪9。

如图4所示，测速盘15上设计两个检测缺口1503，电机13的主轴每旋转一周，测速仪14与测速盘15简易组合就触发两次信号，当f表示测速仪14的输出频率数值时，f的单位为次/分钟，则推进器11的转速为30×f圈/秒。

进一步，如图2所示，自推进模型6包括主壳体10，主壳体10上部安装导向件17，主壳体10内设置配重块16。

配重块16为可黏贴铅块，配重块16通过配重使自推进模型6能够悬浮于分层流体中；尽可能的减小导向件17与导向绳2之间的摩擦力。

进一步，主壳体10的材质为尼龙。

进一步，主壳体10分为前、中、后三段，三段依次采用螺纹及密封圈结构连接。便于自推进模型6的制造组装。

如图8-图9所示，导向件17的水平截面型线为流线型。

导向件17截面采用流线型，可减小自推进模型6航行过程中导向件17对分层流体的影响。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。