[发明专利]一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置及操作方法

权利要求书

1.一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：包括拖车基座(1)，所述拖车基座(1)上安装滑轨系统(2)，所述滑轨系统(2)包括滑轨(201)和旋转轴(202)，滑轨(201)布置在拖车基座(1)上，滑轨(201)的右侧末端位置安装旋转轴(202)，滑轨(201)绕旋转轴(202)旋转后固定，实现滑轨(201)与拖车中纵剖面夹角的调整，滑轨(201)左侧末端固定有定滑轮(302)；还包括支杆系统(4)，支杆系统(4)包括支杆本体(401)和滚轮(402)，支杆本体(401)的上方设置有两个滚轮(401)，支杆本体(401)通过两个滚轮(402)安装在滑轨(201)上，支杆本体(401)沿着滑轨(201)水平移动；还包括配重系统(3)，配重系统(3)包括轻绳(301)、定滑轮(302)、托盘(303)和砝码(304)，轻绳(301)的两端分别连接在支杆本体(401)和托盘(303)上，中间通过定滑轮(302)转向，托盘(303)上盛放砝码(304)；还包括拖曳系统(5)，拖曳系统(5)包括拖体(502)，拖体(502)通过拖缆(501)与拖车基座(1)固定；还包括定向机构(8)和多个水下摄像机(7)，定向机构(8)的结构为：包括套在支杆本体(401)上的套环(801)，套环(801)上安装有与支杆本体(401)垂直的转动轴(803)，转动轴(803)头部连接升力板(807)，转动轴(803)中部安装一号齿轮(804)，转动杆(808)的中部开有安装孔(809)，安装孔(809)内插入楔形柱(806)，转动杆(808)上焊接一对吊环，吊环上分别连接一号定向绳(810)和二号定向绳(811)，两根定向绳头部同时与牵引绳(6)打结，牵引绳(6)连接至拖体(502)上，楔形柱(806)的外侧焊接有二号齿轮(805)，二号齿轮(805)与一号齿轮(804)啮合，二号齿轮(805)与套环(801)之间安装有弹簧(802)。

2.如权利要求1所述的一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：支杆本体(401)为细长扁平状结构，支杆本体(401)的表面光滑。

3.如权利要求1所述的一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：套环(801)沿着支杆本体(401)上下移动。

4.如权利要求1所述的一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：套环(801)采用浮力材料制作，维持整个定向机构(8)水下零浮力。

5.如权利要求1所述的一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：牵引绳(6)和定向绳均为零浮力、轻质细绳。

6.如权利要求1所述的一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：弹簧(802)、二号齿轮(805)和楔形柱(806)三者共轴，并且轴线与支杆本体(401)垂直。

7.如权利要求1所述的一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：转动杆(808)呈长条形结构。

8.如权利要求1所述的一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：安装孔(809)是圆柱体结构。

9.如权利要求1所述的一种可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置，其特征在于：安装孔(809)的直径大于楔形柱(806)的小圆直径，且小于楔形柱(806)的大圆直径。

10.一种如权利要求1所述的可施加恒拉力的拖曳系统水池试验装置的操作方法，其特征在于：包括如下操作步骤：

S1：试验参数的设定，

S1.1：设定牵引力角度θ；

将转动杆(808)从楔形柱(806)上拔出后，绕楔形柱(806)轴线旋转，将其与支杆本体(401)的夹角调整为θ，即为牵引力角度θ；之后，将楔形柱(806)插入的安装孔(809)中，实现固定；

将升力板(807)调整为水平状态，并实现一号齿轮(804)和二号齿轮(805)啮合；

S1.2：设定牵引力角度ψ；

松开旋转轴(202)，将滑轨(201)带动支杆本体(401)、轻绳(301)、托盘(303)一起绕旋转轴(202)旋转ψ角度，即完成另一牵引力角度ψ的设定；

S1.3：设定牵引力大小T；

根据欲施加的牵引力T的大小，求得砝码重量m＝Tcos(θ)/g，并在托盘(303)上放置重为m的砝码(304)；

S1.4：设定拖车速度V；

在拖车控制端设定拖车航速；

S2：稳态牵引试验：

当拖车航速稳定后，在水动力的作用下拖缆系统往后偏移，拉动牵引绳(6)，则拉动定向绳，当牵引绳倾角大于设定倾角时，比如牵引绳偏上，会导致对下方的定向绳拉力大于对上方的定向绳，导致转动杆(808)逆时针转动，转动杆(808)带动二号齿轮(805)逆时针转动，导致预置啮合的一号齿轮(804)顺时针转动，一号齿轮(804)带动升力板(807)顺时针转动，促使其前方向上抬起产生攻角，在来流的作用下，升力板(807)产生向上的升力，带动整个定向机构(8)上移；

S3：动态牵引试验：

施加大小和方向恒定的拉力模拟推进器推力，来进行动态牵引拖曳系统的试验；

取下砝码(304)后，将支杆本体(401)移动到滑轨(201)最左侧，启动拖车，随着拖车速度增加，拖曳缆后飘，拖体对牵引绳(6)产生拉力，牵引绳(6)拉动支杆本体(401)，由于支杆本体(401)没有砝码(304)重量拉动，支杆本体(401)会逐步缓慢后移，后移后，牵引绳(6)的拉力也会逐渐减小，当拖曳系统(5)达到稳态时，牵引绳(6)拉力微弱，支杆本体(401)也不再后移，达到稳定状态，牵引绳(6)受力过程中，会使得定向机构(8)上下移动，始终保持牵引力夹角恒定，最终，缆形稳定后，牵引绳(6)的倾角自动达到设定角度，完成动态牵引试验的准备工作；在托盘(303)上放置重量为m的砝码(304)，托盘(303)通过轻绳(301)缓慢拉动支杆本体(401)前移，支杆本体(401)拉动牵引绳(6)，牵引绳(6)拉动拖体(502)移动，由于定向机构(8)的作用，牵引过程中，牵引绳的夹角始终保持恒定，因此，根据受力平衡牵引拉力始终为T＝mg/cos(θ)，通过水下摄像机(7)对拖曳系统(5)的动态过程进行摄录，并通过计算机图像处理算法来进行缆形和拖体运动的动态测量；

一次试验完毕后，取下砝码(304)，在水动力的作用下会自动恢复到初始状态，再次放置其他重量的砝码(304)即可进行其他牵引力的试验；

由此实现了牵引力大小和方向都动态维持恒定的牵引拖曳试验；

S4：数据测量：

三个水下摄像机(7)分别放置于拖曳系统(5)侧方、上方和后方，用于图像采集以测量缆形和拖体姿态。