一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置

1.本发明涉及船舶与海洋工程试验领域，尤其涉及一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置。

背景技术：

2.21世纪以来，为推进海洋资源的探测与开发，诸多波浪能驱动型无人船应运而生，如波浪滑翔机以及autonaut无人驾驶船舶等，其原理均为将可再生的波浪能通过摆动翼板转化为无人船的推进力。波浪滑翔机作为典型代表之一，由水面浮体、水下牵引机以及连接两者的脐带缆三个部分组成。水面浮体提供浮力并通过安装太阳能板为通讯、控制和数据采集提供能量；水下牵引机的翼板受到波浪上下起伏的垂向激励发生上下摆动而产生前向驱动力。
3.目前关于波浪滑翔机水下牵引机部分推进性能的研究主要依托水池或水槽开展试验。试验需要在满足模拟试验尺度要求的水池或水槽内进行，并且每次试验均需要完整安装水下牵引机的所有翼板、弹簧等诸多部件并重复调试，同时为模拟波浪环境和水下牵引机的运动状态，需要配套的波浪环境模拟装置。由此可见，波浪滑翔机完整模拟试验所需设备繁多，且结构复杂；同时对场地尺度要求很高，造价较高；现有试验设备在研究波浪能推进无人船摆动翼板的推进性能时，需要研究完整的水下推进机构，其中翼板、弹簧等部件数量众多，安装复杂费时，同时对场地尺度和测量设备安装的要求很高，试验步骤繁琐，效率低下，并且造价昂贵。
4.因此，在研究弹性水翼的推进性能时，为克服以上弊端，本领域的技术人员致力于开发一种摆动翼板在波浪中的推进性能的测试装置，大幅精简实验所需设备，节约时间和成本，且操作简单易行。

技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何简化针对波浪滑翔机摆动翼板推进性能的测试装置。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，包括水槽、垂向激励模组、模组固定装置、水下随动部和旋转滑环，其中，所述垂向激励模组通过所述模组固定装置固定在所述水槽上方，所述垂向激励模组通过所述旋转滑环与所述水下随动部相连，所述水下随动部包括水翼和角速度传感器，所述垂向激励模组可以对所述水下随动部施加垂向激励，从而带动所述水翼上下摆动。
7.进一步地，所述模组固定装置包括两根横梁和固定垫板，所述两根横梁固定在所述水槽上方，所述固定垫板通过螺栓与所述两根横梁相连。
8.进一步地，所述垂向激励模组通过螺栓安装在所述固定垫板上。
9.进一步地，所述水下随动部还包括主框架，所述主框架与所述旋转滑环相连，所述角速度传感器安装在所述主框架的端部。
10.进一步地，所述水下随动部还包括转动轴，所述转动轴包括固定轴和随动轴，所述固定轴的一端与所述主框架的一侧垂向固接。
11.进一步地，所述水下随动部还包括弹簧，所述弹簧与所述主框架和所述随动轴相连，所述随动轴与所述弹簧连接组成调节所述水翼姿态的角度控制器。
12.进一步地，所述水翼通过所述主动轴、所述随动轴和所述弹簧反对称布置于所述主框架的两端。
13.进一步地，所述水翼有两个。
14.进一步地，所述垂向激励模组的下部通过螺栓与所述旋转滑环相连。
15.进一步地，所述旋转滑环的下部与所述水下随动部通过铰接机构相连。
16.本发明通过使用一对反对称布置的水翼摆动翼板代替完整的水下推进机构模型，试验中将摆动翼板推进性能的优劣直接转化为翼板旋转角速度的大小，简化了实验装置。当垂向激励模组施加垂向激励时，两片水翼受迫上下摆动从而产生前向推进力，绕中心连接点形成一对力偶而发生转动，产生的推进力越高，旋转角速度越快，从而揭示摆动翼板在波浪中的推进性能。摆动翼板推进力的大小可以直接通过旋转角速度的大小来表征，关于水下推进机构摆动翼板推进性能的研究不必再使用完整的水下结构，节省了大量时间，操作简单易行，试验结果直观可靠，实验场地造价较低。
17.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
18.图1是本发明的一个较佳实施例的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置的整体示意图；
19.图2是本发明的一个较佳实施例的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置的水下随动部局部示意图；
20.图3是本发明的一个较佳实施例的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置的水下随动部俯视图；
21.其中，1-水槽，2-垂向激励模组，3-模组固定装置，4-水下随动部，5-旋转滑环，41-主框架，42-水翼，431-固定轴，432-随动轴，44-弹簧，45-角速度传感器。
具体实施方式
22.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
23.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
24.如图1所示，本发明提供了一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，该测试装置由以下五个部分组成：水槽1、垂向激励模组2、模组固定装置3、水下随动部4以及旋转滑环5。垂向激励模组2通过模组固定装置3固定在水槽1上方，其下部通过螺栓与旋转滑环5相
连接，旋转滑环5下方通过铰接机构与水下随动部4相连接。
25.其中，垂向激励模组2可对水下随动部4施加垂向激励，使其沿竖直方向作简谐运动，从而带动翼板上下摆动。
26.其中，模组固定装置3包括两根横梁和固定垫板，两根横梁固定在水槽1上方，两根横梁上方通过螺栓与固定垫板连接，垂向激励模组2通过螺栓安装在固定垫板上，进而与水槽1形成相固连的整体。
27.其中，如图2所示，水下随动部4包括主框架41、水翼42、转动轴、弹簧44以及角速度传感器45。转动轴包括固定轴431以及随动轴432；如图3所示，两个水翼42朝向相对于主框架41为反对称布置，并通过固定轴431与随动轴432与主框架41连接，其中固定轴431位于随动轴432的前方，固定轴431的一端与主框架41的一侧垂向固接；随动轴432与弹簧44连接组成调节水翼42翼板姿态的角度控制器。
28.本实施例的具体使用过程如下:
29.1.装配测试装置。
30.1.1将两根横梁固定在水槽上，并在两根横梁上方通过螺栓与固定垫板相连接；
31.1.2将垂向激励模组通过螺栓固定在固定垫板上，试验中垂向激励模组可输出垂向激励带动水下随动部上下运动。
32.1.3将垂向激励模组通过螺栓与旋转滑环相固连，再将旋转滑环通过铰接机构与水下随动部相连接；
33.1.4将两个水翼通过主动轴、随动轴及弹簧反对称布置于主框架两端，并将角速度传感器安装在主框架端部，组成水下随动部，试验时通过角速度传感器获取的角速度大小表征翼板推力的大小；
34.1.5将水槽注水，将水下随动部完全没入水中，并控制水槽内水深与试验时水下随动部垂向运动范围相匹配；
35.2.具体实施例一
36.2.1启动测试装置，通过调节垂向激励模组达到模拟特定波浪波高和周期的目的。
37.2.2首先选取某一弹簧刚度的弹簧安装在水下随动部上，在静水中调整水翼及主框架至水平状态。
38.2.3在某一工况(波高ⅰ，周期ⅰ)下进行试验，记录角速度传感器获取的数据。
39.2.4更换弹簧刚度不同的弹簧并重复步骤2.1-2.3。
40.2.5通过以上试验获取在指定工况下不同弹簧刚度的水下随动部的旋转角速度，并比较其大小，可以得到指定工况下不同弹簧刚度水翼翼板推进性能的高低。
41.3.具体实施例二
42.3.1启动测试装置，通过调节垂向激励模组达到模拟特定波浪波高和周期的目的。
43.3.2将弹簧安装在水下随动部上，在静水中调整水翼及主框架至水平状态。
44.3.3首先在工况ⅰ(波高ⅰ，周期ⅰ)下开展试验，记录角速度传感器获取的数据。
45.3.4继续在工况ⅱ(波高ⅱ，周期ⅱ)下开展试验，重复步骤3.2-3.3。
46.3.5通过以上试验获取到在指定弹簧刚度下，不同工况时水下随动部的旋转角速度，并比较其大小，进而获取水翼翼板推进性能的差异。
47.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创
造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，包括水槽、垂向激励模组、模组固定装置、水下随动部和旋转滑环，其中，所述垂向激励模组通过所述模组固定装置固定在所述水槽上方，所述垂向激励模组通过所述旋转滑环与所述水下随动部相连，所述水下随动部包括水翼和角速度传感器，所述垂向激励模组可以对所述水下随动部施加垂向激励，从而带动所述水翼上下摆动。2.如权利要求1所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述模组固定装置包括两根横梁和固定垫板，所述两根横梁固定在所述水槽上方，所述固定垫板通过螺栓与所述两根横梁相连。3.如权利要求2所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述垂向激励模组通过螺栓安装在所述固定垫板上。4.如权利要求1所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述水下随动部还包括主框架，所述主框架与所述旋转滑环相连，所述角速度传感器安装在所述主框架的端部。5.如权利要求4所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述水下随动部还包括转动轴，所述转动轴包括固定轴和随动轴，所述固定轴的一端与所述主框架的一侧垂向固接。6.如权利要求5所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述水下随动部还包括弹簧，所述弹簧与所述主框架和所述随动轴相连，所述随动轴与所述弹簧连接组成调节所述水翼姿态的角度控制器。7.如权利要求6所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述水翼通过所述主动轴、所述随动轴和所述弹簧反对称布置于所述主框架的两端。8.如权利要求7所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述水翼有两个。9.如权利要求1所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述垂向激励模组的下部通过螺栓与所述旋转滑环相连。10.如权利要求1所述的一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，其特征在于，所述旋转滑环的下部与所述水下随动部通过铰接机构相连。

技术总结

本发明公开了一种摆动翼板在波浪中的推进性能测试装置，涉及船舶与海洋工程试验领域，包括水槽、垂向激励模组、模组固定装置、水下随动部和旋转滑环，其中，所述垂向激励模组通过所述模组固定装置固定在所述水槽上方，所述垂向激励模组通过所述旋转滑环与所述水下随动部相连，所述水下随动部包括水翼和角速度传感器，所述垂向激励模组可以对所述水下随动部施加垂向激励，从而带动所述水翼上下摆动本发明通过使用一对反对称布置的摆动翼板代替完整的水下推进机构模型，试验中将摆动翼板推进性能的优劣直接转化为翼板旋转角速度的大小，简化了实验装置，节省了大量时间，操作简单易行，试验结果直观可靠，实验场地造价较低。实验场地造价较低。实验场地造价较低。