【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水面无人航行器，具体而言，尤其是关于一种用于波浪滑翔机柔性脐带缆的水动力性能测试装置及方法。
技术介绍
1、波浪滑翔机是一种由波浪能驱动的水面无人自主航行器，主要由水面浮体、水下牵引机以及连接二者的柔性脐带缆所组成。水面浮体用于吸收波浪能进行垂荡运动，柔性脐带缆将水面浮体的垂荡运动传递给水下牵引机，水下牵引机通过自身的机械结构将垂荡运动转化为前驱动力，进而通过脐带缆带动水面浮体共同向前运动。柔性脐带缆在波浪滑翔机的运动过程中起着至关重要的作用，脐带缆的抗拉强度影响着波浪滑翔机系统的可靠性，因此脐带缆需要具备足够的抗拉能力，这就意味着脐带缆需要具备足够的横截面面积。而不同横截面尺寸、形状的脐带缆在运动过程中的运动状态以及阻力性能存在差异，为了详细且真实的获取柔性脐带缆的水动力性能，需要对柔性脐带缆开展水动力性能实验，为脐带缆的研究提供数据支持。
2、目前，现有技术大多针对波浪滑翔机中的柔性脐带缆以及水下牵引机两个部件的联合体开展水动力测试，难以获取柔性脐带缆自身的水动力特性。同时，现有技术无法任意调节柔性脐带缆的预张力，从而无法获取不同预张力下的柔性脐带缆的水动力特性。
3、由于柔性脐带缆是波浪滑翔机的重要组成部分，因此针对其开展实验研究时需要注意其特异性，需要还原柔性脐带缆在波浪滑翔机中的连接状态以及实际运动过程。并且在波浪滑翔机的运动过程中，柔性脐带缆自身的运动是一个极为复杂的耦合运动，现有技术难以单独模拟其连续运动状态且难以准确测量柔性脐带缆的力学特征与运动特性。
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种用于波浪滑翔机柔性脐带缆的水动力性能测试装置及方法，旨在可以用于波浪滑翔机的柔性脐带缆的选型，为柔性脐带缆的减阻设计提供试验基础。
2、为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供的一种用于波浪滑翔机柔性脐带缆的水动力性能测试装置，包括：连接框架，用于将水动力性能测试装置连接在拖曳水池航车的横梁上；滑台滑轨，安装在所述连接框架下部；水平滑台，滑动设置在所述滑台滑轨上且可沿其水平移动；待测脐带缆，所述待测脐带缆的第一端通过二自由度转换装置和三分力传感器与所述连接框架相连接、第二端通过二自由度转换装置和单分力传感器与所述水平滑台连接；预张力调节装置，安装在所述拖曳水池航车的横梁上，且所述预张力调节装置与所述水平滑台连接，用于通过所述水平滑台向所述待测脐带缆提供设定的预张力；图像采集装置，设置在位于所述待测脐带缆上方的所述连接框架上，用于记录所述待测脐带缆的运动状态。
4、作为优选：所述水平滑台装置包括移动连接器、滑台和滑台滑块；所述滑台通过所述滑台滑块滑动设置在所述滑台滑轨上，所述移动连接器固定在所述滑台外部，所述移动连接器内侧依次通过所述二自由度转换装置和单分力传感器与所述待测脐带缆的第二端相连接，所述移动连接器外侧与所述预张力调节装置相连接。
5、作为优选：所述二自由度转换装置包括转接板、垂向铰接装置和横向铰接装置；所述转接板与所述垂向铰接装置的一端铰接，所述横向铰接装置与所述垂向铰接装置的另一端铰接，且所述横向铰接装置与所述垂向铰接装置的转轴垂直于所述转接板与所述垂向铰接装置的转轴。
6、作为优选：所述滑台滑轨为平行且间隔连接在所述连接框架上的两根，并且所述待测脐带缆布置在两根所述滑台滑轨之间。
7、作为优选：所述滑台为工字形滑台，四个所述滑台滑块分别设置在所述工字形滑台的四个对角处，且所述滑台滑块滑动套设在两根所述滑台滑轨上。
8、作为优选：所述预张力调节装置包括水平挂板、牵引绳固定器、第一牵引绳、动滑轮、第一定滑轮、预张力配重物、第二牵引绳和第二定滑轮；所述水平挂板固定在所述拖曳水池航车的横梁上，所述牵引绳固定器和第一定滑轮间隔地固定在所述水平挂板上，所述第一牵引绳的一端与所述牵引绳固定器相连接、另一端依次绕过所述动滑轮和第一定滑轮后与所述预张力配重物相连接；所述第二定滑轮安装在所述动滑轮下方的所述连接框架上，且所述第二定滑轮与所述待测脐带缆处于同一水平面，所述第二牵引绳的一端与所述动滑轮相连接、另一端绕过所述第二定滑轮后与所述移动连接器相连接。
9、作为优选：在所述连接框架上还设置有脐带缆摄像背景板，所述脐带缆摄像背景板位于所述待测脐带缆下方且与之平行布置。
10、作为优选：所述图像采集装置为安装在所述连接框架上的两台高速摄像机。
11、第二方面，本专利技术提供的一种用于波浪滑翔机柔性脐带缆的水动力性能测试方法，包括以下步骤：
12、步骤s1.首先选取多种不同截面形状和/或尺寸的波浪滑翔机的柔性脐带缆，然后选取其中的一个并将其安装在本专利技术第一方面所述的水动力性能测试装置中的待测脐带缆处；
13、步骤s2.按照预设工况选取预张力，对预张力配重物进行相应的配重；配重完成后通过监测系统记录静止状态下单分力传感器和三分力传感器的读数，并开启图像采集装置进行视频录制，记录该预设工况在初始状态下待测脐带缆的姿态；
14、步骤s3.开启航车按照预设工况设置一个航车速度，记录三分力传感器和单分力传感器的读数，利用图像采集装置录制航车运行过程中待测脐带缆的运动状态；当三分力传感器和单分力传感器的读数稳定时，该数值及此刻待测脐带缆的姿态即为该预设工况下待测脐带缆的瞬时运动数据；
15、步骤s4.调整航车速度，重复步骤s3；
16、步骤s5.更换预张力，重复步骤s2至s4；
17、步骤s6.更换待测脐带缆，重复步骤s1至s5；
18、步骤s7.通过以上步骤获取不同航车速度、不同预张力下不同待测脐带缆的水动力数据以及运动数据。
19、作为优选：在所述步骤s7中，利用所述单分力传感器获取待测脐带缆的轴向拉力变化数据，在稳定状态下所述单分力传感器的读数即为预张力配重物的重量；利用所述三分力传感器获取待测脐带缆在迎流方向的阻力变化数据；通过所述图像采集装置录制待测脐带缆的运动状态，并利用视觉测量的方式提取待测脐带缆的姿态以及运动变化数据。
20、本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
21、1、本专利技术提供的水动力性能测试装置仅针对柔性脐带缆，其通过两个二自由度转动装置与柔性脐带缆的两端进行固定连接，还原了柔性脐带缆在波浪滑翔机中与水面浮体和水下牵引机各自的连接方式，该水动力性能测试装置可以搭载在拖曳水池的航车上并浸入水中，最大程度上还原柔性脐带缆的真实状态，由此可以完全消除波浪滑翔机的其他部件对柔性脐带缆水动力特性的影响，直接获取柔性脐带缆的水动力特性，从而对柔性脐带缆的选型以及性能优化提供重要的数据支持，对波浪滑翔机的运动仿真模拟以及波浪滑翔机航速的提升奠定了重要的基础。
22、2、本专利技术提供的水动力性能测试装置在柔性脐带缆的两端分别布置一个单分力传感器和一个三分力传感器用于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于波浪滑翔机柔性脐带缆的水动力性能测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述水平滑台装置包括移动连接器、滑台和滑台滑块；所述滑台通过所述滑台滑块滑动设置在所述滑台滑轨上，所述移动连接器固定在所述滑台外部，所述移动连接器内侧依次通过所述二自由度转换装置和单分力传感器与所述待测脐带缆的第二端相连接，所述移动连接器外侧与所述预张力调节装置相连接。
3.根据权利要求2所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述二自由度转换装置包括转接板、垂向铰接装置和横向铰接装置；所述转接板与所述垂向铰接装置的一端铰接，所述横向铰接装置与所述垂向铰接装置的另一端铰接，且所述横向铰接装置与所述垂向铰接装置的转轴垂直于所述转接板与所述垂向铰接装置的转轴。
4.根据权利要求2所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述滑台滑轨为平行且间隔连接在所述连接框架上的两根，并且所述待测脐带缆布置在两根所述滑台滑轨之间。
5.根据权利要求4所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述滑台为工字形滑台，四个所述滑台滑块分别
6.根据权利要求2所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述预张力调节装置包括水平挂板、牵引绳固定器、第一牵引绳、动滑轮、第一定滑轮、预张力配重物、第二牵引绳和第二定滑轮；所述水平挂板固定在所述拖曳水池航车的横梁上，所述牵引绳固定器和第一定滑轮间隔地固定在所述水平挂板上，所述第一牵引绳的一端与所述牵引绳固定器相连接、另一端依次绕过所述动滑轮和第一定滑轮后与所述预张力配重物相连接；所述第二定滑轮安装在所述动滑轮下方的所述连接框架上，且所述第二定滑轮与所述待测脐带缆处于同一水平面，所述第二牵引绳的一端与所述动滑轮相连接、另一端绕过所述第二定滑轮后与所述移动连接器相连接。
7.根据权利要求2至6任意一项所述的水动力性能测试装置，其特征在于，在所述连接框架上还设置有脐带缆摄像背景板，所述脐带缆摄像背景板位于所述待测脐带缆下方且与之平行布置。
8.根据权利要求2至6任意一项所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述图像采集装置为安装在所述连接框架上的两台高速摄像机。
9.一种用于波浪滑翔机柔性脐带缆的水动力性能测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的水动力性能测试方法，其特征在于，在所述步骤S7中，利用所述单分力传感器获取待测脐带缆的轴向拉力变化数据，在稳定状态下所述单分力传感器的读数即为预张力配重物的重量；利用所述三分力传感器获取待测脐带缆在迎流方向的阻力变化数据；通过所述图像采集装置录制待测脐带缆的运动状态，并利用视觉测量的方式提取待测脐带缆的姿态以及运动变化数据。
...【技术特征摘要】
1.一种用于波浪滑翔机柔性脐带缆的水动力性能测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述水平滑台装置包括移动连接器、滑台和滑台滑块；所述滑台通过所述滑台滑块滑动设置在所述滑台滑轨上，所述移动连接器固定在所述滑台外部，所述移动连接器内侧依次通过所述二自由度转换装置和单分力传感器与所述待测脐带缆的第二端相连接，所述移动连接器外侧与所述预张力调节装置相连接。
3.根据权利要求2所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述二自由度转换装置包括转接板、垂向铰接装置和横向铰接装置；所述转接板与所述垂向铰接装置的一端铰接，所述横向铰接装置与所述垂向铰接装置的另一端铰接，且所述横向铰接装置与所述垂向铰接装置的转轴垂直于所述转接板与所述垂向铰接装置的转轴。
4.根据权利要求2所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述滑台滑轨为平行且间隔连接在所述连接框架上的两根，并且所述待测脐带缆布置在两根所述滑台滑轨之间。
5.根据权利要求4所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述滑台为工字形滑台，四个所述滑台滑块分别设置在所述工字形滑台的四个对角处，且所述滑台滑块滑动套设在两根所述滑台滑轨上。
6.根据权利要求2所述的水动力性能测试装置，其特征在于，所述预张力调节装置包括水平挂板、牵引绳固定器、第一牵引绳、动滑轮、第一定滑轮、...
【专利技术属性】
技术研发人员：田新亮，刘然然，王鹏，黄瑞，赵启伟，姜秀坤，
申请(专利权)人：上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院，
类型：发明
国别省市：
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