CN112393878B - 一种水下载荷释放初始扰动测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下载荷释放初始扰动测试装置及测试方法，通过改变连接框架连接杆之间的不同角度，从而改变圆柱体载荷的角度，获得不同姿态角下载荷的受力情况。本方法可以快速有效测量多个姿态角下的水下载荷释放初始扰动情况。

Description

一种水下载荷释放初始扰动测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种水下载荷释放初始扰动测试装置及测试方法，具体为一种在初始时刻启动平稳、传感器连接可靠的装置。

背景技术

海洋是人类赖以生存和发展的空间，是能源、生物资源和金属资源的战略性开发基地，关系到人类的生存和发展。由于人类的肆意开发资源，一些资源面临短缺的问题，因此，越来越多的国家开始把关注的焦点转向蕴含丰富能源和资源的海洋空间。目前各国都在积极开展海底和水生生物矿产资源调查的海洋调查，由于海洋环境较恶劣，因此，自主式无人探索设备是进行海洋调查所必需的。

现有的信息采集设备一般通过传统的水下航行器携带到指定地点进行投放，进行定点信息采集，完成任务之后再进行回收；然而，由于海洋环境的复杂多样性，干扰因素较多，确定合适的投放角度和投放时机时是非常重要的。然而，目前没有较为可靠的水下载荷释放初始扰动装置，水下载荷释放没有太多可参考的数据，难以满足现有的军用侦察及民用探测需求。

经文献检索，发表日期为2019年1月、名称为《水下自治平台载荷释放与升沉运动组合控制》的论文，其中第三章34-36页内容，提出了一种基于液压***控制的可分离式载荷的推出机构，该机构主要由滑杆，上、下滑块(竖直滑轨上)，钢缆与滑轮，推杆，滑块(滑槽内)，滑槽等部分组成，若滑槽连接的为AUV等需要与水下自治平台主体分离的载荷，则使用***螺栓或电化学腐蚀的方式实现滑槽与载荷的连接与分离。推出机构没有考虑水下流体对平台和载荷的初始扰动影响，并且载荷从与平台基本相同的高度进行释放，载荷在释放之后可能会与平台发生碰撞。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为了克服现有技术中载荷释放方式不安全以及释放工况不理想等不足之处，本发明涉及一种水下载荷释放初始扰动测试装置及测试方法。

本发明的技术方案是：一种水下载荷释放初始扰动测试装置，其特征在于，包括基座、连接组件、主框架和测试***；

所述测试***包括传感器、圆柱体载荷、下底座、上底座、传感器连接杆和支撑板，下底座与圆柱体载荷固连，传感器与下底座固连，上底座与传感器固连，传感器连接杆与上底座固连，传感器连接杆两端为方形断面，且两端分别与支撑板间隙配合，防止扭转；传感器安装在圆柱体载荷浮心正上方；

所述主框架为两个且相互平行放置；主框架中部分别与支撑板固连，圆柱体载荷位于两个主框架之间；主框架上开有安装孔，用于与其他结构的固连；

所述连接组件为若干杆件组成的框架结构，一侧与测试***连接，另一侧与基座连接，通过调整杆件与杆件的连接位置关系，得到圆柱体载荷不同姿态角，从而得出相应等效位移。

本发明进一步的技术方案是：所述主框架为水滴型板件，板面上开有若干减重孔，同时开有若干通孔作为安装孔。

本发明进一步的技术方案是：所述连接组件包括横梁、移动杆、连杆和固定杆；四个杆件的数量均为两个，两个移动杆和两个固定杆相互平行，两个连杆位于两个横梁上方，两个连杆一端与移动杆一端连接，另一端与横梁连接，移动杆另一端与主框架大端连接；固定杆一端与横梁连接，另一端与主框架小端连接；连杆轴线、横梁轴线与固定杆轴线相互垂直。

本发明进一步的技术方案是：所述移动杆上并排开有若干螺纹孔，通过连杆与不同螺纹孔位的连接，使得主框架大头端发生倾斜，从而带动圆柱体载荷发生倾斜。

本发明进一步的技术方案是：所述圆柱体载荷外表面为回旋面。

本发明进一步的技术方案是：所述下底座的底面圆弧面半径与圆柱体载荷外径相同。

本发明进一步的技术方案是：所述支撑板一侧开有凹槽，传感器连接杆的断面卡入支撑板的方形槽中，防止传感器连接杆的扭转。

本发明进一步的技术方案是：一种水下载荷释放初始扰动测试方法，包括以下步骤：

步骤1：将装置固定在水池的拖曳***；

步骤2：确定要测试的圆柱体载荷的姿态角，调节对应的移动杆和连杆安装孔位，如：0°姿态角，移动杆的孔A与连杆的孔②对应连接；

步骤3：拖曳***拖动整个装置，记录传感器的数据；

步骤4：重复步骤2、3,记录其他姿态角下传感器的数据；

步骤5：分析实验数据，得出初始流体对载荷扰动最小的姿态角；便于实际情况下以合适的姿态角投放载荷。

发明效果

本发明的技术效果在于：

一：本发明设计一种水下载荷释放初始扰动测试装置，采用向下释放载荷的方式，避免载荷下落过程中与释放装置发生碰撞；同时，考虑载荷在不同姿态角下的受力情况，在拖曳水池模拟真实的工况下，得出有效数据，为实际载荷释放提供参考依据；

二：通过调节移动杆和连杆对应孔位实现姿态角的调节，整个结构简单可靠，同时，便于后续测试扩展，只需要增加孔位，便可以实现更多姿态角下的扰动测试。

附图说明

图1为本发明水下载荷释放初始扰动测试装置总体结构立体示意图；

图2为本发明部件测试模块总体结构立体示意图；

图3为本发明部件测试模块主框架总体结构立体示意图；

图4为本发明部件测试模块测试机构总体结构立体示意图；

图5为本发明部件测试模块移动杆放大结构示意图；

图6为本发明部件测试模块连杆放大结构示意图；

附图标记：1—基座；2—横梁；3—测试***；4—移动杆；5—连杆；6—固定杆；7—测试模块；8—主框架；9—第一定位孔；10—第二定位孔；11—第三定位孔；12—支撑板；13—传感器连接杆；14—下底座；15—上底座；16—传感器；17—圆柱体载荷；

主框架上线性分布七个孔18、19、20、21、22、23、24

连杆上线性分布四个孔25、26、27、28

具体实施方式

参见图1—图6，本发明采用以下技术方案：水下载荷释放初始扰动测试装置，通过可拆卸联接的方式固定在水池的拖曳***上；该装置至少由主框架、支撑板、传感器连接杆、上底座、传感器、下底座和圆柱体载荷组成，其特征在于：所述的主框架的大端和小端(大端、小端已在图中标记)分布有安装孔，以尾部为中心，孔距717.5mm为半径，通过调节头部的来完成姿态角的定位；测试装置通过安装孔固定在主框架上。

本实施例中，所述基座为三块板件组成，一板作为底板，另外两块板成直角连接，且与底板均垂直；本实施例中基座即为水池。

所述的圆柱体载荷外形为回转面，与下底座契合，便于传感器的安装，所述的传感器其顶底面均布三个螺纹孔，底部通过下底座与圆柱体载荷联接，顶部通过上底座与连接杆固联，传感器安装在圆柱体载荷浮心正上方，测试数据能够准确等效到圆柱体载荷浮心处。

由于不同姿态角(0°除外)时，圆柱体载荷会产生倾覆力矩，为防止传感器连接杆的扭转，传感器连接杆的断面为方形截面，卡入支撑板的方形槽中，进而约束扭转，同时支撑板通过双螺钉固定在主框架上，防止扭转的发生。

在0度姿态角位置时，该实验将角度位移等效为直线位移，如图1所示，换算关系如下所示：l＝rtanθ。

其中，r＝717.5mm；r为0°姿态角下，安装孔(11)到安装孔(9)的垂直距离；

θ为姿态角；l为等效位移。角度位移与直线位移数值换算如表1所示。

表1角度位移与直线位移数值换算表

θ(°)	1	2	3	4	5	6	7	8
									l(mm)	12.5	25	38	50	63	75	88	101
θ(°)	-1	-2	-3	-4	-5	-6	-7	-8
									l(mm)	12.5	-25	-38	-50	-63	-75	-88	-101

如图1，水下载荷释放初始扰动测试装置，为实现***初始时刻的平稳启动，将测试***3通过可拆卸联接的方式固定在水池的横梁2上，在水池1中进行扰动测试。

如图2所示，所述的测试***，包括测试模块7、主框架8、移动杆4、连杆5和固定杆6，所述的测试***通过安装架固定在拖曳水池上，采用尾部固定、头部移动的方式来完成实验过程中一系列姿态角的调整，所述的固定杆通过两端的安装孔分别固定在主框架和横梁上，实现了测试***的尾部固定，所述的连杆为L型，水平部分纵向固定在横梁上，竖直部分线性分布四个孔25、26、27、28，记号为A、B、C、D，不同孔位与移动杆相连时对应不同的姿态角，所述的移动杆，其底端通过安装孔固定在主框架上，另一端主框架上线性分布七个孔18、19、20、21、22、23、24，记号为①、②、③、④、⑤、⑥、⑦，通过改变移动杆和连杆不同孔位的连接，实现测试***姿态角的改变。

根据表1中角度位移与直线位移数值换算关系，连杆5开有四个孔，孔距为37mm；移动杆6开有七个孔,孔距为25mm，且移动杆(4)的孔A与连杆(5)的孔②连接时，此时姿态角为0°；

表1-1为移动杆(4)与连杆(5)不同孔位连接时，对应的载荷姿态角。根据实现测得的结果，得出对载荷初始扰动最小时的载荷姿态角，便于实际情况下以合适的姿态角投放载荷。

表1-1定位孔安装与姿态角对应关系

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

A

-2°

0°

2°

4°

6°

8°

B

-5°

-3°

-1°

1°

3°

5°

7°

C

-8°

-6°

-4°

-2°

0°

2°

4°

D

-7°

-5°

-3°

-1°

1°

如图3所示，所述的主框架，主框架的头部分布有定位孔9，用于将移动杆一端安装固定在主框架上，同样，主框架的尾部分布有定位孔10，用于将固定杆一端安装固定在主框架上，以尾部为中心，孔径717.5mm为半径，通过调节头部来完成姿态角的定位。两块主框架还分别分布有两个安装孔，测试装置通过安装孔固定在主框架上，根据实验对环境的要求，对主框架进行蒙皮处理，圆柱体载荷两端增加10°的蒙皮面，使圆柱体载荷处于单向开放的环境。

如图4所示，所述的测试模块至少由支撑板12、传感器连接杆13、上底座15、传感器16、下底座14和圆柱体载荷17等组成，所述的圆柱体载荷外表面为回旋面，所述的下底座，底面圆弧面半径与圆柱体载荷外表面相同，通过螺钉将其固联在圆柱体载荷上，所述的传感器，其顶底面均布三个螺纹孔，将传感器与下底座固联，传感器安装在圆柱体载荷浮心正上方，测试数据能够准确等效到圆柱体载荷浮心处，所述的上底座底部同样具有三个孔，将其与传感器固联，所述的传感器连接杆通过上底座的孔固联，由于不同姿态角(0°除外)时，圆柱体载荷会产生倾覆力矩，为防止传感器连接杆的扭转，传感器连接杆的断面为方形截面，卡入支撑板的方形槽中，进而约束扭转，传感器连接杆两端安装有支撑板，所述的支撑板通过双螺钉固定在主框架上，防止扭转的发生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做修改、减少、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种水下载荷释放初始扰动测试装置，其特征在于，包括基座(1)、连接组件、主框架(8)和测试***(3)；

所述测试***(3)包括传感器(16)、圆柱体载荷(17)、下底座(14)、上底座(15)、传感器连接杆(13)和支撑板(12)，下底座(14)与圆柱体载荷(17)固连，传感器(16)与下底座(14)固连，上底座(15)与传感器(16)固连，传感器连接杆(13)与上底座(15)固连，传感器连接杆(13)两端为方形断面，且两端分别与支撑板(12)间隙配合，防止扭转；传感器安装在圆柱体载荷浮心正上方；

所述主框架(8)为两个且相互平行放置；主框架(8)中部分别与支撑板(12)固连，圆柱体载荷(17)位于两个主框架(8)之间；主框架(8)上开有安装孔，用于与其他结构的固连；

所述连接组件为若干杆件组成的框架结构，一侧与测试***(3)连接，另一侧与基座(1)连接，通过调整杆件与杆件的连接位置关系，得到圆柱体载荷(17)不同姿态角，从而得出相应等效位移。

2.如权利要求1所述的一种水下载荷释放初始扰动测试装置，其特征在于，所述主框架(8)为水滴型板件，板面上开有若干减重孔，同时开有若干通孔作为安装孔。

3.如权利要求1所述的一种水下载荷释放初始扰动测试装置，其特征在于，所述连接组件包括横梁(2)、移动杆(4)、连杆(5)和固定杆(6)；四个杆件的数量均为两个，两个移动杆(4)和两个固定杆(6)相互平行，两个连杆(5)位于两个横梁(2)上方，两个连杆(5)一端与移动杆(4)一端连接，另一端与横梁(2)连接，移动杆(4)另一端与主框架(8)大端连接；固定杆(6)一端与横梁(2)连接，另一端与主框架(8)小端连接；连杆(5)轴线、横梁(2)轴线与固定杆(6)轴线相互垂直。

4.如权利要求3所述的一种水下载荷释放初始扰动测试装置，其特征在于，所述移动杆(4)上并排开有若干螺纹孔，通过连杆(5)与不同螺纹孔位的连接，使得主框架(8)大头端发生倾斜，从而带动圆柱体载荷(17)发生倾斜。

5.如权利要求1所述的一种水下载荷释放初始扰动测试装置，其特征在于，所述圆柱体载荷(17)外表面为回旋面。

6.如权利要求1所述的一种水下载荷释放初始扰动测试装置，其特征在于，所述下底座(14)的底面圆弧面半径与圆柱体载荷外径相同。

7.如权利要求1所述的一种水下载荷释放初始扰动测试装置，其特征在于，所述支撑板(12)一侧开有凹槽，传感器连接杆的断面卡入支撑板的方形槽中，防止传感器连接杆的扭转。

8.一种使用如权利要求1至7中任一项所述水下载荷释放初始扰动测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将装置固定在水池的拖曳***；

步骤2：确定要测试的圆柱体载荷的姿态角，调节对应的移动杆(4)和连杆(5)安装孔位；

步骤3：拖曳***拖动整个装置，记录传感器的数据；

步骤4：重复步骤2、3,记录其他姿态角下传感器的数据；

步骤5：分析实验数据，得出初始流体对载荷扰动最小的姿态角；便于实际情况下以合适的姿态角投放载荷。

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