CN112572719B - 一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水下航行器试验技术领域，公开了一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置。包括：模型姿态控制单元、模型释放单元、释放触发单元、试验模型和水下拖车；模型姿态控制单元包括两组模型姿态控制子单元，分别固定在水下拖车沿航向前后两端，两组模型姿态控制子单元上端与试验模型连接用于调整试验模型姿态；模型释放单元设置在水下拖车中部，模型释放单元与试验模型连接并用于锁紧和释放试验模型；释放触发单元固定在水下拖车中部，释放触发单元与模型释放单元连接，用于触发模型释放单元工作以释放试验模型；水下拖车用于承载试验模型沿航向运动。通过本发明可开展多项水下试验，为水下航行器操纵性研究提供了充分的技术支持。

Description

一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置
技术领域
本发明属于水下航行器试验技术领域，具体涉及一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置。
背景技术
海洋的开发与战略部署日益重要，水下航行器越来越得到各个国家的重视，无论在军用还是民用上，都扮演着重要角色。一直以来，模型试验是研究水下航行器最直接有效的方法，但由于模型应急上浮试验模拟技术难度大、技术条件限制、试验成本高等原因，国内应急上浮的研究主要通过数值仿真手段，可查阅的水下航行器模型应急上浮试验资料极为稀少。
随着技术水平的进步与发展，开展水下航行器应急上浮的试验研究，与仿真结果对比分析，综合研究水下航行器应急上浮的运动规律，是研究水下航行器操纵性的重要发展方向。开展试验的核心技术是要保证模型以规定的姿态在航行过程中触发应急上浮，现有的脱钩器难以满足试验的释放控制需求。如电控脱钩器在水下使用存在安全隐患，水密性的好坏直接影响了***的可靠性，不利于试验的正常开展，且电控线路会干扰模型的测试采集信号，导致试验测试精度降低。现有的全机械脱钩器多为拉拽式，其拉拽绳有角度要求，需要避开试验台架、试验模型，操作极为繁琐，且当模型运动脱钩时，其结构大多难以实现正常脱钩的需求。同时模型脱钩的瞬间，需要模型保持试验要求的初始姿态，每次试验后还需要调整模型姿态角，对试验装置的姿态调整与控制能力也有较高使用需求。
因此，发明一种姿态可调的水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，可以解决模型应急上浮试验的核心步骤，对水下航行器的操纵性研究有着重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对水下航行器模型应急上浮试验缺乏稳定可靠释放控制装置、模型初始姿态调整不便等问题，而设计的一种姿态可调的水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置。
一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，包括：模型姿态控制单元、模型释放单元、释放触发单元、试验模型和水下拖车；
所述模型姿态控制单元包括两组模型姿态控制子单元，分别固定在水下拖车沿航向前后两端，两组模型姿态控制子单元上端与试验模型连接用于调整试验模型姿态；
所述模型释放单元设置在水下拖车中部，模型释放单元与试验模型连接并用于锁紧和释放试验模型；
所述释放触发单元固定在水下拖车中部，释放触发单元与模型释放单元连接，用于触发模型释放单元工作以释放试验模型；
所述水下拖车用于承载试验模型沿航向运动。
进一步，每组模型姿态控制子单元均包括：固定底座1-1、两块支撑板1-2、底板1-3、两组螺旋升降器1-4、两组手轮1-5和两组调整轮1-6；
所述固定底座固定在水下拖车上端面；
所述两组螺旋升降器的丝杆固定端分别固定在固定底座两端；
所述底板与固定底座平行设置，且底板两端分别与两组螺旋升降器的丝杆活动端连接；
所述手轮与螺旋升降器输入轴连接，所述手轮用于控制螺旋升降器从而调整底板相对于固定底座的高度；
所述两块支撑板固定在底板两侧且支撑板所在平面垂直于航向；所述两块支撑板形状相同且上端面均为弧形凹谷状，所述两块支撑板上端面沿航向对称设有一对安装孔；所述两组调整轮设置在所述一对安装孔内；所述调整轮可在安装孔内以航向为轴自由旋转；
所述两组调整轮用于承载试验模型。
进一步，所述调整轮包括：轮轴1-6-1、两个滚针轴承1-6-2、刚性轴套1-6-3、尼龙轮1-6-4、两个弹性挡圈1-6-5；
所述轮轴两端分别***两块支撑板的安装孔内，轮轴两端通过两个滚针轴承与刚性轴套连接，所述刚性轴套可相对于轮轴转动；
所述弹性挡圈分别设置在两个滚针轴承外侧用于对滚针轴承限位；
所述尼龙轮套设在刚性轴套外侧，避免刚性轴套与试验模型直接接触，从而避免试验模型损坏。
进一步，所述模型释放单元包括：盒体2-1、盒盖2-2、底座2-6、模型拉耳2-7、预紧拉锁2-8、挂钩2-9、挂钩轴2-10、滑块2-11、导向轴2-12、牵引杆2-13、牵引钢索2-14；
所述底座固定在水下拖车上端面；
所述盒体下端与底座连接；所述盒体为沿航向单面开口的中空结构；盒体开口侧固定有盒盖；
盒盖和盒体上设有挂钩安装孔；所述挂钩包括两瓣钩，两瓣钩中部通过挂钩轴铰接；所述挂钩通过挂钩轴设置在挂钩安装孔内；
所述挂钩上部为可闭合的半圆形；挂钩上部闭合后固定预紧拉锁一端，预紧拉锁另一端与试验模型上的模型拉耳连接；通过控制挂钩打开从而释放试验模型；
所述盒体底部沿航向设有导向轴；所述滑块上设有通孔并通过通孔套设在导向轴上；
所述滑块上端面设有凹槽；所述挂钩下部为直角；所述挂钩下部设置在滑块上端面的凹槽内用于闭合挂钩上部；所述盒盖下端设有可供滑块通过的开口；
所述滑块中部设有螺纹孔，所述牵引杆螺接在螺纹孔内；所述牵引杆与牵引钢索连接；所述牵引钢索通过释放触发单元牵引拉动滑块脱出盒体以打开挂钩。
进一步，所述模型释放单元还包括：丝杆法兰2-3、升降丝杆2-4、调整螺母2-5；
所述底座包括：一字下底座和几字上底座；所述一字下底座固定在水下拖车上端面，所述几字上底座固定在一字下底座上端面；
所述丝杆法兰设置在盒体下端面；
所述升降丝杆固定端与丝杆法兰固定连接，升降丝杆活动端与几字上底座连接；
所述调整螺母套设在升降丝杆活动端，且分别位于几字上底座上下两侧；所述调整螺母用于通过升降丝杆调整盒体相对于底座的高度。调整范围不超过几字上底座高度。
进一步，所述释放触发单元包括：撞击杆3-1、套轴3-2、锁紧螺钉3-3、拉环3-4、轴承3-6、轴承座3-8、撞击头3-11和受撞立柱3-12；
所述轴承座固定在水下拖车上端面，所述套轴通过轴承与轴承座连接；
所述撞击杆通过锁紧螺钉与套轴固定，所述撞击杆可绕轴承座中轴线在水平面内自由转动；
所述撞击杆一端设有拉环与牵引钢索连接，撞击杆另一端设有撞击头；
所述受撞立柱设置在试验模型待释放位置，所述撞击头与受撞立柱配合以使得撞击杆旋转从而拉动牵引钢索。
进一步，所述释放触发单元还包括：限位立柱3-9和纤维橡皮绳3-10；
所述限位立柱与轴承座并排设置，限位立柱与轴承座连线垂直于航向；
所述撞击杆靠近撞击头一侧通过橡皮绳固定在限位立柱上以避免水流作用下使得撞击杆旋转。
进一步，所述撞击头3-11顶点距轴承座3-8中轴线距离为L，轴承座3-8中轴线距受撞立柱3-12近端外圆面距离为A，牵引钢索2-14绷紧后滑块2-11滑出导向轴2-12所需距离为B，需满足：L2-A2＞B2。
进一步，所述两块支撑板固定在底板两侧且支撑板所在平面垂直于航向；所述两块支撑板沿航向对称设有多对安装孔，所述多对安装孔从外到内由高到低排列以适应不同直径的试验模型。
本发明提出了一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，其有益效果如下：
1.功能多样化、适用性强。
本发明既可调整模型不同方向的初始姿态，也能控制模型保持初始姿态不变，此外还可以在需要时将模型脱开释放。本发明适用于不同长度、不同直径的水下航行器应急上浮试验，也可应用于其他水下需要运动脱钩的场合。
2.控制精度高，姿态调整简便。
模型姿态控制单元整体升降时，手轮转动圈数相等，模型轴线保持水平，模型潜深改变；模型姿态控制单元差动升降时，可调整模型俯仰角，根据手轮转动圈数差与升降器螺杆螺距精确计算得到俯仰角。模型调整横滚角时，模型与调整轮结构外圆轮廓相切，为滚动摩擦，可以将试验模型绕其轴线旋转至需要的横滚角度，调整省时省力。
3.结构稳定可靠。
本发明各***结构采用纯机械式设计，具有强度好、可长期浸水的特点，不会因为水密问题导致***失效，在水下稳定性好。释放脱钩为碰撞式，球形的撞击头保证***冲击载荷小，且碰撞后撞击杆能迅速旋转，瞬间拉开滑块释放模型。
4.释放点定位精准，更改方便。
受撞立柱的安装位置即为模型脱钩释放的位置，根据不同试验观测点需求，可随时调整模型碰撞释放点，并精确定位到观测所需位置。
附图说明
图1一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置示意图；
图2模型姿态控制单元结构示意图；
图3支撑板结构示意图；
图4调整轮结构示意图；
图5模型释放单元结构示意图；
图6模型释放单元盒体内部结构示意图；
图7释放触发单元轴测示意图；
图8释放触发单元正视图；
图中，1-模型姿态控制单元、2-模型释放单元、3-释放触发单元、4-***支架、5-试验模型、6-水下拖车；
1-1固定底座、1-2支撑板、1-3底板、1-4螺旋升降器、1-5手轮、1-6调整轮；
1-6-1轮轴、1-6-2滚针轴承、1-6-3刚性轴套、1-6-4尼龙轮、1-6-5弹性挡圈；
2-1盒体、2-2盒盖、2-3丝杆法兰、2-4升降丝杆、2-5调整螺母、2-6底座、2-7模型拉耳、2-8预紧钢索、2-9挂钩、2-10挂钩轴、2-11滑块、2-12导向轴、2-13牵引杆、2-14牵引钢索；
3-1撞击杆、3-2套轴、3-3锁紧螺钉、3-4拉环、3-5轴承盖、3-6轴承、3-7锁紧螺母、3-8轴承座、3-9限位立柱、3-10限位橡皮绳、3-11撞击头、3-12受撞立柱。
具体实施方式
针对水下航行器模型应急上浮试验缺乏稳定可靠释放控制装置、模型初始姿态调整不便等问题，本发明提出一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，如图1所示，包括模型姿态控制单元1、模型释放单元2、释放触发单元3、***支架4、试验模型5、水下拖车6；模型姿态控制单元包括两组模型姿态控制子单元，分别固定在水下拖车沿航向前后两端，两组模型姿态控制子单元上端与试验模型连接用于调整试验模型姿态；模型释放单元设置在水下拖车中部，模型释放单元与试验模型连接并用于锁紧和释放试验模型；释放触发单元固定在水下拖车中部，释放触发单元与模型释放单元连接，用于触发模型释放单元工作以释放试验模型；水下拖车用于承载试验模型沿航向运动。
所述的模型姿态控制单元1，如图2所示，用于试验模型5的姿态调节，控制并保持模型的不同试验姿态。模型姿态控制子单元包括固定底座1-1、支撑板1-2、底板1-3、螺旋升降器1-4、手轮1-5、调整轮1-6。
固定底座1-1固定于水下拖车6上端面，螺旋升降器1-4对称布置在底板1-3两端，螺旋升降器1-4的丝杆固定端与固定底座1-4连接，手轮1-5与螺旋升降器1-4的输入轴相连，摇动手轮1-5控制调整轮1-6的升降；支撑板1-2下端螺接于底板1-3上，支撑板1-2上端有多组安装孔，如图3所示，从外到内由高到低排列，安装孔用于安装调整轮1-6，不同组合安装孔可以应用于不同直径的试验模型5。
调整轮如图4所示，包括轮轴1-6-1、滚针轴承1-6-2、刚性轴套1-6-3、尼龙轮1-6-4、弹性挡圈1-6-5；调整轮轴1-6-1***支撑板1-2安装孔内，滚针轴承1-6-2由弹性挡圈1-6-5固定于调整轮轴1-6-1的轴肩上，刚性轴套1-6-3位于滚针轴承1-6-2与尼龙轮1-6-4之间。
所述的模型释放单元2，如图5和图6所示，用于锁紧拉住试验模型5，在指定位置脱钩释放模型。模型释放单元包括盒体2-1、盒盖2-2、丝杆法兰2-3、升降丝杆2-4、调整螺母2-5、底座2-6、模型拉耳2-7、预紧钢索2-8、挂钩2-9、挂钩轴2-10、滑块2-11、导向轴2-12、牵引杆2-13、牵引钢索2-14。
盒盖2-2通过螺钉固定于盒体2-1上，盒盖2-2上有方形开口，开口尺寸大于滑块2-11外形尺寸，盒体2-1内部有空腔安装释放单元2的结构件，盒体2-1底部与升降丝杆2-4之间通过丝杆法兰2-3连接，升降丝杆2-4穿过底座2-6的顶板，底座2-6顶板底板之间的空间供升降丝杆2-4升降，调整螺母2-5分别置于底座2-6顶板的上下表面，控制模型释放单元2的升降；模型拉耳2-7固定于试验模型5的外表面，与挂钩2-9通过预紧钢索2-8连接，挂钩2-9中心有通孔，挂钩轴2-10穿过挂钩2-9的中心孔，挂钩轴2-10的两边轴端***盒体2-1的定位孔中，挂钩2-9的上部为半圆形，挂住预紧钢索，下部为直角，嵌入滑块2-11上部凹槽中；滑块2-11下部有凹槽，运动时减小与盒体表面摩擦力，滑块2-11两侧有导向通孔、中心有螺纹孔，导向轴2-12穿过滑块2-11上的导向孔固定与盒体2-1上，牵引杆2-13拧入滑块2-11中心螺纹孔，牵引钢索2-14通过牵引杆2-13头部圆孔连接。
所述释放触发单元3，如图7和图8所示，用于拉动牵引钢索2-14，触发模型释放单元2，释放试验模型5。释放触发单元包括撞击杆3-1、套轴3-2、锁紧螺钉3-3、拉环3-4、轴承盖3-5、轴承3-6、锁紧螺母3-7、轴承座3-8、限位立柱3-9、限位橡皮绳3-10、撞击头3-11、受撞立柱3-12。
撞击杆3-1穿过套轴3-2上部通孔，锁紧螺钉3-3将撞击杆3-1固定于套轴3-2上，套轴3-2下端为台阶轴，轴承3-6通过锁紧螺母3-7固定于套轴3-2上，轴承3-6安装于轴承座3-8内部，并通过轴承盖3-5压紧；撞击杆3-1牵引侧端部固定有拉环3-4，拉环3-4上固定有牵引钢索2-14；撞击杆3-1撞击侧通过限位橡皮绳固3-10固定于限位立柱3-9上，避免撞击杆3-1在水流作用下发生偏转，撞击杆3-1撞击侧端部固定有撞击头3-11，撞击头3-11的头部为球形，减小碰撞载荷，在释放触发单元前方有受撞立柱3-12。
本发明撞击头3-11顶点距轴承座3-8中轴线距离为L，轴承座3-8中轴线距受撞立柱3-12近端外圆面距离为A，牵引钢索2-14绷紧后，滑块2-11滑出导向轴2-12的所需距离为B。则本发明触发释放单元正常工作需满足L2-A2＞B2。
所述***支架4，固定于水下拖车6上表面，***支架4上表面固定模型释放单元2和释放触发单元3。
工作方式：
试验前，在水面上将试验模型5置于模型姿态控制单元1上，模型姿态控制单元1分为前后两组，同时转动前后手轮1-5，可以整体调整试验模型5距水下拖车6的高度，即改变了模型的潜深；差动转动前后手轮，可以让前后两组模型姿态控制单元1产生高度差，从而达到调整试验模型5俯仰角的目的。试验模型5的外圆轮廓与调整轮结构1-6的外圆轮廓相切，可以将试验模型5绕其轴线旋转至需要的横滚角度。通过升降丝杆2-4与调整螺母2-5调整模型释放单元2的高度，收紧预紧钢索2-8，将试验模型5约束在模型姿态控制单元1上，预紧力大于试验模型5在水中的正浮力，保证模型在水下运动时，不因为水阻力，导致模型在航向上发生偏移。
试验时，将本发明所有装置吊装至水下，模型姿态控制单元1、模型释放单元2、释放触发单元3、***支架4、试验模型5随水下拖车6沿模型航向运行，撞击头3-11与固定的受撞立柱3-12在试验观测点碰撞，撞击杆3-1绕轴承座3-8轴线旋转，撞击杆3-1端部的拉环3-4拉动牵引钢索2-14，牵引杆2-13带动滑块2-11从盒体2-1中滑出，挂钩2-9闭合的约束力消除，预紧钢索2-8上的预紧力消失，试验模型5在模型上浮力的作用下开始上浮。
本发明的优点是：
1.功能多样化、适用性强。
2.控制精度高，姿态调整简便。
3.结构稳定可靠。
4.释放点定位精准，更改方便。
通过本发明可开展多项水下试验，为水下航行器操纵性研究提供了充分的技术支持。

Claims (6)

1.一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，其特征在于：所述装置包括：模型姿态控制单元(1)、模型释放单元(2)、释放触发单元(3)、试验模型(5)和水下拖车(6)；
所述模型姿态控制单元包括两组模型姿态控制子单元，分别固定在水下拖车沿航向前后两端，两组模型姿态控制子单元上端与试验模型连接用于调整试验模型姿态；每组模型姿态控制子单元均包括：固定底座(1-1)、两块支撑板(1-2)、底板(1-3)、两组螺旋升降器(1-4)、两组手轮(1-5)和两组调整轮(1-6)；
所述固定底座固定在水下拖车上端面；所述两组螺旋升降器的丝杆固定端分别固定在固定底座两端；所述底板与固定底座平行设置，且底板两端分别与两组螺旋升降器的丝杆活动端连接；所述手轮与螺旋升降器输入轴连接，所述手轮用于控制螺旋升降器从而调整底板相对于固定底座的高度；所述两块支撑板固定在底板两侧且支撑板所在平面垂直于航向；所述两块支撑板形状相同且上端面均为弧形凹谷状，所述两块支撑板上端面沿航向对称设有一对安装孔；所述两组调整轮设置在所述一对安装孔内；所述调整轮可在安装孔内以航向为轴自由旋转；所述两组调整轮用于承载试验模型；
所述模型释放单元设置在水下拖车中部，模型释放单元与试验模型连接并用于锁紧和释放试验模型；所述模型释放单元包括：盒体(2-1)、盒盖(2-2)、底座(2-6)、模型拉耳(2-7)、预紧拉锁(2-8)、挂钩(2-9)、挂钩轴(2-10)、滑块(2-11)、导向轴(2-12)、牵引杆(2-13)、牵引钢索(2-14)；
所述底座固定在水下拖车上端面；所述盒体下端与底座连接；所述盒体为沿航向单面开口的中空结构；盒体开口侧固定有盒盖；盒盖和盒体上设有挂钩安装孔；所述挂钩包括两瓣钩，两瓣钩中部通过挂钩轴铰接；所述挂钩通过挂钩轴设置在挂钩安装孔内；所述挂钩上部为可闭合的半圆形；挂钩上部闭合后固定预紧拉锁一端，预紧拉锁另一端与试验模型上的模型拉耳连接；通过控制挂钩打开从而释放试验模型；所述盒体底部沿航向设有导向轴；所述滑块上设有通孔并通过通孔套设在导向轴上；所述滑块上端面设有凹槽；所述挂钩下部为直角；所述挂钩下部设置在滑块上端面的凹槽内用于闭合挂钩上部；所述盒盖下端设有可供滑块通过的开口；所述滑块中部设有螺纹孔，所述牵引杆螺接在螺纹孔内；所述牵引杆与牵引钢索连接；所述牵引钢索通过释放触发单元牵引拉动滑块脱出盒体以打开挂钩；
所述释放触发单元固定在水下拖车中部，释放触发单元与模型释放单元连接，用于触发模型释放单元工作以释放试验模型；所述释放触发单元包括：撞击杆(3-1)、套轴(3-2)、锁紧螺钉(3-3)、拉环(3-4)、轴承(3-6)、轴承座(3-8)、撞击头(3-11)和受撞立柱(3-12)；
所述轴承座固定在水下拖车上端面，所述套轴通过轴承与轴承座连接；所述撞击杆通过锁紧螺钉与套轴固定，所述撞击杆可绕轴承座中轴线在水平面内自由转动；所述撞击杆一端设有拉环与牵引钢索连接，撞击杆另一端设有撞击头；所述受撞立柱设置在试验模型待释放位置，所述撞击头与受撞立柱配合以使得撞击杆旋转从而拉动牵引钢索；
所述水下拖车用于承载试验模型沿航向运动。
2.根据权利要求1所述的一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，其特征在于：所述调整轮包括：轮轴(1-6-1)、两个滚针轴承(1-6-2)、刚性轴套(1-6-3)、尼龙轮(1-6-4)、两个弹性挡圈(1-6-5)；
所述轮轴两端分别***两块支撑板的安装孔内，轮轴两端通过两个滚针轴承与刚性轴套连接，所述刚性轴套可相对于轮轴转动；
所述弹性挡圈分别设置在两个滚针轴承外侧用于对滚针轴承限位；
所述尼龙轮套设在刚性轴套外侧。
3.根据权利要求1所述的一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，其特征在于：所述模型释放单元还包括：丝杆法兰(2-3)、升降丝杆(2-4)、调整螺母(2-5)；
所述底座包括：一字下底座和几字上底座；所述一字下底座固定在水下拖车上端面，所述几字上底座固定在一字下底座上端面；
所述丝杆法兰设置在盒体下端面；
所述升降丝杆固定端与丝杆法兰固定连接，升降丝杆活动端与几字上底座连接；
所述调整螺母套设在升降丝杆活动端，且分别位于几字上底座上下两侧；所述调整螺母用于通过升降丝杆调整盒体相对于底座的高度,调整范围不超过几字上底座高度。
4.根据权利要求1所述的一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，其特征在于：所述释放触发单元还包括：限位立柱(3-9)和纤维橡皮绳(3-10)；
所述限位立柱与轴承座并排设置，限位立柱与轴承座连线垂直于航向；
所述撞击杆靠近撞击头一侧通过橡皮绳固定在限位立柱上以避免水流作用下使得撞击杆旋转。
5.根据权利要求1所述的一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，其特征在于：所述撞击头(3-11)顶点距轴承座(3-8)中轴线距离为L，轴承座(3-8)中轴线距受撞立柱(3-12)近端外圆面距离为A，牵引钢索(2-14)绷紧后滑块(2-11)滑出导向轴(2-12)所需距离为B，需满足：L2-A2＞B2。
6.根据权利要求1所述的一种水下航行器模型应急上浮试验释放控制装置，其特征在于：所述两块支撑板固定在底板两侧且支撑板所在平面垂直于航向；所述两块支撑板沿航向对称设有多对安装孔，所述多对安装孔从外到内由高到低排列。
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