[发明专利]一种基于激光测距实时检测动态升力的鳍轴装置及方法

摘要

本发明提供一种基于激光测距实时检测动态升力的鳍轴装置及方法，包括轴箱、通过两个轴承设置在轴箱内部的鳍轴，鳍轴的一端安装有减摇鳍，所述鳍轴设置有一段空腔，在鳍轴空腔段内底上设置有激光测距仪，鳍轴空腔段的端部设置有光电转换板并将鳍轴空心段形成密闭空间，两个轴承一个是角接触滚子轴承、另一个是调心滚子轴承。本发明的优点在于运用激光测距直接获得鳍的动态升力，避免常规鳍角估算升力造成严重的非线性和不确定性，解决传统升力测量方法的干扰影响和难以工程实现问题，适用于多种水翼的动态升力测量。

主权项

1.一种基于激光测距实时检测动态升力的方法，其特征在于：包括鳍轴装置，鳍轴装置包括轴箱、通过两个轴承设置在轴箱内部的鳍轴，鳍轴的一端安装有鳍，其特征在于：所述鳍轴设置有一段空腔，在鳍轴空腔段内底上设置有激光测距仪，鳍轴空腔段的端部设置有光电转换板并将鳍轴空心段形成密闭空间，两个轴承一个是角接触滚子轴承、另一个是调心滚子轴承，步骤如下：第一步：得到鳍轴空腔内底部D处的转角α_D：式中：F_D为鳍轴空腔内底部D受到的升力，I_D为鳍轴空腔内底部D处截面惯性矩，E′为鳍轴的弹性模量，L₂为两轴承之间的距离，L₃为下支撑调心滚子轴承到空腔底部D处之间的距离；第二步：得到鳍轴空腔内底部D处截面惯性矩I_D为：式中：D_D为鳍轴空腔内底部D处的外径，d_D为相对应的内径；第三步：通过光电转换板可以检测得到的升力方向位移是h₁，根据鳍轴的受力形变结构和三角转换得：式中：L₁为上支撑角接触滚子轴承到光电转换板的动态位移；第四步：将鳍轴端部中心位置E处的升力F_E折算到转轴D处，得到：式中：L₄为鳍轴空腔内底D处到鳍轴端部中心位置E处之间的距离；第五步：得F_E与h₁的定量关系：第六步：动态升力与测量位移间的量化关系：式中：L为激光测距仪测得到光电转换板的动态位移，且L满足L₁＝L‑L₂‑L₃。