[发明专利]一种舵轴系统间隙的水洞试验模拟装置及方法

说明书

本申请公开了一种舵轴系统间隙的水洞试验模拟装置及方法，涉及船舶与海洋工程技术领域，包括水洞、舵轴系统、间隙模拟部件、以及扭转刚度模拟部件，间隙模拟部件包括两个套设在扭杆两端的中空件；扭转刚度模拟部件包括方形框架、两组上部弹簧组件、以及两组下部弹簧组件，间隙模拟部件通过上部弹簧组件和下部弹簧组件连接在扭转刚度模拟组件内部，且在试验过程中于非振动方向不与扭杆接触；振动采集组件用于采集舵轴系统的流激扭转振动。本申请的间隙模拟部件布置在舵轴与扭转刚度模拟部件之间，能够更好的模拟舵轴与各连接部件的内部间隙，同时，间隙模拟部件相对舵轴悬空，避免了摩擦非线性对间隙非线性的干扰。

技术领域

本申请涉及船舶与海洋工程技术领域，特别涉及一种舵轴系统间隙的水洞试验模拟装置及方法。

背景技术

在水流的作用下，潜体的舵轴系统产生扭转振动。由于轴承等连接环节的存在，舵轴系统不可避免出现间隙，由此引发舵轴系统非线性颤振，造成舵轴系统结构破坏，潜体操纵品质降低。间隙引起的颤振问题已成为潜体舵轴系统设计必须考虑的关键因素之一。

水洞试验是研究舵轴系统间隙非线性颤振问题的有效途径之一。在进行试验时，需对舵轴系统的间隙模拟部件及扭转刚度模拟部件分别进行设计，以研究间隙对舵轴系统流激扭转振动的影响。目前舵轴系统间隙水洞试验装置存在以下几类问题：

(1)舵轴与各构件的内部连接环节是间隙的主要来源，对舵轴的扭转振动施加非线性影响。然而，目前多数水洞/风洞试验将间隙模拟装置设置在固支边界处，仿真度较低。

(2)传统间隙模拟部件及扭转刚度模拟部件采用了水平(振动方向)布置，此时间隙模拟部件在垂向(非振动方向)所受的重力作用下，间隙模拟部件不可避免与舵轴相接触，二者间的摩擦对舵轴扭转振动同样施加非线性影响，该作用与间隙非线性作用相互耦合，由此影响间隙非线性的参数化研究。

发明内容

本申请实施例提供一种舵轴系统间隙的水洞试验模拟装置及方法，该装置的间隙模拟部件布置在舵轴与扭转刚度模拟部件之间，能够更好的模拟舵轴与各连接部件的内部间隙，同时，间隙模拟部件在垂向上受到扭转刚度模拟部件的弹簧拉伸，使其在水平方向上始终相对舵轴悬空，避免二者接触摩擦的影响。

一种舵轴系统间隙的水洞试验模拟装置，包括水洞、舵轴系统、间隙模拟部件、以及扭转刚度模拟部件，舵轴系统包括舵轴和连接在舵轴一端部的舵叶，舵轴具有舵叶的一端设置于水洞内部，且舵轴的设置方向与水洞内的水流方向垂直；所述舵轴系统还包括穿过舵轴且与舵轴垂直的扭杆；

所述间隙模拟部件包括两个套设在扭杆两端的中空件；

所述扭转刚度模拟部件包括方形框架、两组上部弹簧组件、以及两组下部弹簧组件，两组上部弹簧组件的顶端均连接方形框架的顶边，底端分别活动连接两个中空件的顶部，两组下部弹簧组件的底端均连接方形框架的底边，顶端分别活动连接两个中空件的底部；

所述中空件在上部弹簧组件和下部弹簧的牵引下与扭杆之间形成间隙；

振动采集组件，其用于采集舵轴系统的流激扭转振动。

一些实施例中，所述上部弹簧组件包括上部可调螺杆和上部弹簧，上部可调螺杆的顶端连接方形框架的顶边，底端连接上部弹簧的顶端，上部弹簧的底端活动连接中空件的顶部；

所述下部弹簧包括下部可调螺杆和下部弹簧，下部可调螺杆的底端连接方形框架的底边，顶端连接下部弹簧的底端，下部弹簧的顶端活动连接中空件的底部；

所述上部弹簧和所述下部弹簧均采用高圆弹簧。

一些实施例中，所述方形框架的顶边和底边还分别设有顶部滑轨和底部滑轨；

上部弹簧组件的顶端位于顶部滑轨内，下部弹簧组件的底端位于底部滑轨内；