一种水洞试验用水下航行体可调驱动系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种水洞试验用多自由度水下航行体驱动系统，属于水利水电工程、海洋船舶与水下航行器工程技术领域。包括航行体试验模型、支架系统和动力装置；该系统可实现整体俯仰运动的同时，还能够保证空化器及尾翼精确旋转运动；并可实现整体、空化器及尾翼的旋转速度的改变。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种水洞实验用多自由度水下航行体驱动系统，属于水利水电工程、海洋船舶与水下航行器工程

技术介绍
在水下航行器工程
，超空泡航行体是一种新式的高速武器，它是以超空化的物理特性为基础开发研制的。不同于常规的航行器，其大部分表面被超空泡包裹，只有头部和尾部部分沾湿表面与水接触，其行程阻力大大降低。然水下航行体要想达到自然超空泡，则需要很高的航速，为了能够在相对低的速度下也能够达到空泡包裹整个航行体表面的目的，研究者人为地向航行体表面通入气体，形成通气超空泡，达到减阻增速效果。然而，航行体表面大部分被气体包裹，导致航行体原有的受力平衡改变，其在运动过程中，任何小的扰动(如发射时的扰动、海流以及波浪等)都会使航行体尾部与空泡汽(气)水界面发生连续的周期碰撞，对航行体结构的稳定性和可靠性有着致命的打击。再者，现役超空泡航行体的致命弱点是没有制导功能而只能作定深直线航行，作战效能受到很大限制。因此，了解超空泡航行体转弯运动过程中的空泡形态变化及相应流体动力特性的分析是超空泡航行体控制与结构设计研究的基础，也是可机动超空泡航行体设计的关键技术所在，对未来研制远程制导超空泡武器有着重要的意义。目前对超空泡航行体的研究工作大多是基于静态物体下进行的，动态方面也多是基于整体的数值计算开展的，对航行体运动过程中空化器以及尾翼偏转对其流体动力影响的研究鲜有涉及。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有研究手段的不足，提供一种可用于水洞试验的航行体可调驱动系统，该系统可实现整体俯仰运动的同时，还能够保证空化器及尾翼精确旋转运动；并可实现整体、空化器及尾翼的旋转速度的改变。本技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种水洞试验用水下航行体可调驱动系统，包括航行体试验模型、支架系统和动力装置；所述航行体试验模型包括空化器、转动副连接杆、导流罩、锥柱段、尾翼、尾翼支撑杆、动力传动线固定销、尾翼连接销以及尾翼固定销；所述空化器为锥形圆盘，在锥头小圆端面上对称开设两个通孔；所述转动副连接杆由底座、连接杆以及一套螺栓螺母组成；底座为“凸”型结构，“凸”型端修圆且侧面上开设一个通孔；连接杆为“凹”形结构，在对称的两个侧壁上分别开设一个通孔，两个通孔与底座上开设的通孔在同一直线上；在“凹”形结构底侧中心伸出一个螺纹直杆；所述导流罩为锥形圆盘，其从大圆端面沿轴线方向5/6置空；小圆端面中心处开有一螺纹孔，以螺纹孔为中心，对称开设两个通孔，通孔的大小、位置与空化器的两个通孔匹配；所述锥柱段前段为圆锥形，头部为平头，后段为空心圆柱形；前段内部从底部向头部沿轴线方向17/18置空；平头面中心开有一个螺纹孔，以螺纹孔为中心，对称开设两个通孔；螺纹孔、两通孔与导流罩上的孔相匹配；圆锥形周面均匀开设若干小孔，便于通气；后段为空心圆柱形，其中远离圆锥形的一端内部开设有螺纹；所述尾翼为一等腰直三棱柱，分为大小两部分；小翼的等腰侧面开有一光孔，用于连接尾翼固定销，另一等腰侧面开有沉头螺纹孔；沉头螺纹孔的直径小于尾翼固定销的直径，光孔与螺纹孔相通且轴线重合；在螺纹孔两边分别开有一光孔；在两个光孔之间另开设有一个螺纹孔；在底面靠近用于连接尾翼固定销的小翼光孔处开有一矩形槽；小翼的非等腰侧面开设一个螺纹孔，螺纹孔与矩形槽相连通；大翼的等腰侧面开有两个光孔，光孔间开有一个沉头螺纹通孔，光孔与螺纹孔与小翼相匹配；尾翼可以为直翼也可以为折叠翼。所述尾翼支撑杆为部分中空圆柱体，在圆柱体端面对称设置两个通孔；圆柱体直径沿轴向分两级变化，依直径从小到大的顺序依次定义为一级杆和二级杆；一级杆为中空外螺纹杆；二级杆为部分中空圆柱体，周面在与两个对称通孔圆心连线垂直方向沿轴向对称切出两个矩形平面；矩形平面的几何中心处开有通孔，用于连接尾翼固定销；在矩形平面上通孔与远离一级杆的一端之间固定有两个“L型”卡槽，两个卡槽内部上下对称位置分别开有通孔，用于固定动力传动线；二级杆不连通部分位于圆柱体内部通孔与远离一级杆的一端之间；不连通部分上对称开设两个孔，一个为螺纹孔一个为通孔。所述尾翼固定销为圆柱形直杆，两端分别开有螺纹孔，周面靠近端部处上下对称位置沿圆柱形直杆轴线上分别开有一个螺纹孔，该螺纹孔与小翼的非等腰侧面上的螺纹孔相匹配；所述尾翼连接销为标准件销，两端修圆；所述动力传动线固定销为圆柱形空心直杆；所述支架系统包括动力传动线固定杆、悬架支杆、动力传动线固定翼、托盘以及长托板、短托板；所述动力传动线固定杆为偏心中空圆柱形直杆，其圆柱直径沿轴向分五级变化，依直径从小到大的顺序依次定义为一级杆、二级杆、三级杆和四级杆；其中三级杆分为两部分，分别位于四级杆两侧；一级杆顶端开设螺纹孔，螺纹孔与偏心通孔对称布置；四级杆侧面均匀固定四个长细圆柱形中空套筒；三级杆中远离一级杆的部分，端面均匀布置四个螺纹孔，在于偏心通孔同轴处伸出一中空螺纹杆，中空直径与偏心通孔直接一致；所述悬架支杆为一端圆盘，圆盘偏心位置开有一通孔，通孔的直径大于动力传动线固定杆上中空螺纹杆的直径；圆盘上均匀开有四个螺纹孔；另一端为方形直板，直板上开有个通孔；靠近圆盘的前两个通孔间固定一底座，底座的结构与转动副连接杆底座相同，用于连接动力传动线固定翼；所述动力传动线固定翼为naca系列翼型，翼型端面开有个通孔，其中远离翼型前缘的6个孔与悬架支杆上的孔相对应；在于悬架支杆底座相同位置的两个通孔间伸出一凹槽方形连接杆，连接杆通过螺栓螺母连接悬架支杆；与凹槽方形连接杆对称处开设螺纹孔；所述托盘分上下两部分，上部分位于实验段内部，整体为圆盘状，中心处开有翼型槽，槽内开有一螺纹通孔，螺纹孔的位置与动力传动线固定翼上的螺纹孔相对应；翼型槽两侧对称开有四个螺纹孔；下部分位于实验段外部，下部分托盘中心处开有矩形槽以及两个螺纹孔；以矩形槽为中心，对称开设四个螺纹孔，四个螺纹孔与上部分的螺纹孔位置相对应；所述动力装置包括步进电机、减速器和动力传动线；所述动力传动线为柔性钢丝，外部附有塑料套。连接关系:转动副连接杆底座方形端固定在空化器小圆端面中心处，“凸”型端通过螺栓螺母与连接杆“凹槽”进行连接，连接杆螺纹直杆依次将导流罩与锥柱段进行连接，安装时保证空化器、导流罩以及锥柱段上开设的对称通孔位于一条直线上；两个动力传动线固定销部分插入尾翼支撑杆的一级杆环面上开设的两个通孔中；尾翼支撑杆的一级杆通过螺纹与锥柱段后段相连；尾翼固定销插入尾翼支撑杆上切出的矩形平面中开设的通孔，安装时保证两端伸出部分相同且周面上开设的两个螺纹孔位于上下部分；两端伸出部分分别与尾翼的小翼上开设的和螺纹孔同轴的光孔相连，通过螺钉锁死，防止小翼与尾翼固定销发生相对平动；小翼矩形侧面开设的螺纹孔通过螺钉与尾翼固定销相连，防止小翼与尾翼固定销发生相对转动；两个尾翼连接销的一半分别插入小翼上开设的两个尺寸较小的光孔中，另一部分插入大翼生开设的两个光孔中，防止小翼和大翼发生相对转动，再通过螺钉将小翼与大翼锁死，防止两者发生相对平动；动力传动线固定杆一级杆部分通过螺钉与尾翼支撑杆内部不连通部分上开设的螺纹孔固定，三级杆中远离一级杆部分通过螺钉与悬架支杆盘状面相连；动力传动线固定翼上伸出的凹槽当前第1页1 2 3 4&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水洞试验用水下航行体可调驱动系统，其特征在于：包括航行体试验模型、支架系统和动力装置； 所述航行体试验模型包括空化器(1)、转动副连接杆(2)、导流罩(3)、锥柱段(4)、尾翼(5)、尾翼支撑杆(6)、动力传动线固定销(17)、尾翼连接销(18)以及尾翼固定销(19)； 所述空化器(1)为锥形圆盘，在锥头小圆端面上对称开设两个通孔； 所述转动副连接杆(2)由底座、连接杆以及一套螺栓螺母组成；底座为“凸”型结构，“凸”型端修圆且侧面上开设一个通孔；连接杆为“凹”形结构，在对称的两个侧壁上分别开设一个通孔，两个通孔与底座上开设的通孔在同一直线上；在“凹”形结构底侧中心伸出一个螺纹直杆； 所述导流罩(3)为锥形圆盘，其从大圆端面沿轴线方向5/6置空；小圆端面中心处开有一螺纹孔，以螺纹孔为中心，对称开设两个通孔，通孔的大小、位置与空化器(1)的两个通孔匹配； 所述锥柱段(4)前段为圆锥形，头部为平头，后段为空心圆柱形；前段内部从底部向头部沿轴线方向17/18置空；平头面中心开有一个螺纹孔，以螺纹孔为中心，对称开设两个通孔；螺纹孔、两通孔与导流罩(3)上的孔相匹配；圆锥形周面均匀开设若干小孔，便于通气；后段为空心圆柱形，其中远离圆锥形的一端内部开设有螺纹； 所述尾翼(5)为一等腰直三棱柱，分为大小两部分；小翼的等腰侧面开有一光孔，用于连接尾翼固定销(19)，另一等腰侧面开有沉头螺纹孔；沉头螺纹孔的直径小于尾翼固定销(19)的直径，光孔与螺纹孔相通且轴线重合；在螺纹孔两边分别开有一光孔；在两个光孔之间另开设有一个螺纹孔；在底面靠近用于连接尾翼固定销(19)的小翼光孔处开有一矩形槽；小翼的非等腰侧面开设一个螺纹孔，螺纹孔与矩形槽相连通；大翼的等腰侧面开有两个光孔，光孔间开有一个沉头螺纹通孔，光孔与螺纹孔与小翼相匹配； 所述尾翼支撑杆(6)为部分中空圆柱体，在圆柱体端面对称设置两个通孔；圆柱体直径沿轴向分两级变化，依直径从小到大的顺序依次定义为一级杆和二级杆；一级杆为中空外螺纹杆；二级杆为部分中空圆柱体，周面在与两个对称通孔圆心连线垂直方向沿轴向对称切出两个矩形平面；矩形平面的几何中心处开有通孔，用于连接尾翼固定销(19)；在矩形平面上通孔与远离一级杆的一 端之间固定有两个“L型”卡槽，两个卡槽内部上下对称位置分别开有通孔，用于固定动力传动线(16)；二级杆不连通部分位于圆柱体内部通孔与远离一级杆的一端之间；不连通部分上对称开设两个孔，一个为螺纹孔一个为通孔； 所述尾翼固定销(19)为圆柱形直杆，两端分别开有螺纹孔，周面靠近端部处上下对称位置沿圆柱形直杆轴线上分别开有一个螺纹孔，该螺纹孔与小翼的非等腰侧面上的螺纹孔相匹配； 所述支架系统包括动力传动线固定杆(7)、悬架支杆(8)、动力传动线固定翼(9)、托盘(10)以及长托板(12)、短托板(13)； 所述动力传动线固定杆(7)为偏心中空圆柱形直杆，其圆柱直径沿轴向分五级变化，依直径从小到大的顺序依次定义为一级杆、二级杆、三级杆和四级杆；其中三级杆分为两部分，分别位于四级杆两侧；一级杆顶端开设螺纹孔，螺纹孔与偏心通孔对称布置；四级杆侧面均匀固定四个长细圆柱形中空套筒；三级杆中远离一级杆的部分，端面均匀布置四个螺纹孔，在于偏心通孔同轴处伸出一中空螺纹杆，中空直径与偏心通孔直接一致； 所述悬架支杆(8)为一端圆盘，圆盘偏心位置开有一通孔，通孔的直径大于动力传动线固定杆(7)上中空螺纹杆的直径；圆盘上均匀开有四个螺纹孔；另一端为方形直板，直板上开有6个通孔；靠近圆盘的前两个通孔间固定一底座，底座的结构与转动副连接杆底座相同，用于连接动力传动线固定翼(9)； 所述动力传动线固定翼(9)为naca系列翼型，翼型端面开有7个通孔，其中远离翼型前缘的6个孔与悬架支杆(8)上的孔相对应；在于悬架支杆(8)底座相同位置的两个通孔间伸出一凹槽方形连接杆，连接杆通过螺栓螺母连接悬架支杆(8)；与凹槽方形连接杆对称处开设螺纹孔； 所述托盘(10)分上下两部分，上部分位于实验段内部，整体为圆盘状，中心处开有翼型槽，槽内开有一螺纹通孔，螺纹孔的位置与动力传动线固定翼(9)上的螺纹孔相对应；翼型槽两侧对称开有四个螺纹孔；下部分位于实验段外部，下部分托盘中心处开有矩形槽以及两个螺纹孔；以矩形槽为中心，对称开设四个螺纹孔，四个螺纹孔与上部分的螺纹孔位置相对应； 连接关系：转动副连接杆(2)底座方形端固定在空化器(1)小圆端面中心处，“凸”型端通过螺栓螺母与连接杆“凹槽”进行连接，连接杆螺纹直杆依次将导流罩(3)与锥柱段(4)进行连接，安装时保证空化器(1)、导流罩 (3)以及锥柱段(4)上开设的对称通孔位于一条直线上；两个动力传动线固定销(17)部分插入尾翼支撑杆(6)的一级杆环面上开设的两个通孔中；尾翼支撑杆(6)的一级...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彪，刘涛涛，王国玉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：新型
国别省市：北京;11