一种基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置及方法，装置包括测量架体、推进器安装模块、舵力测量模块、舵角调节模块、自重配平模块；测量架体为试验装置的框架载体，用于搭载其他各部分模块，安置于测量环境；推进器安装模块用于承载推进器结构，调整推进器桨叶同舵轴之间距离；舵力测量模块用于安装舵叶，测量舵叶升力、阻力方向受力，其由上测量底座和下测量底座构成；舵角调节模块用于调整舵叶同螺旋桨射流之间的角度，其连接于上测量底座的下端与舵轴上端之间；自重配平模块用于抵消舵叶、舵力测量模块、舵角调节模块自身重力对单向测力传感器的干扰，其通过牵引线端与上测量底座的上端连接。本发明专利技术可得到更加贴近实船应用场景的桨舵特性。船应用场景的桨舵特性。船应用场景的桨舵特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置及方法


[0001]本专利技术属于船舶工程水池试验
，具体涉及一种基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置及方法。

技术介绍

[0002]舵装置是保证舰艇具有良好的操纵性的主要设备，其功能一是改变舰艇的航向；二是保持舰艇航向的稳定。舵装置的设计通常是根据不同的船型、推进装置和使用要求来进行的。水面舰艇的舵装置通常垂直于基线布置在舰艇的尾端，以便使舵上产生的水动力相对于船体重心能形成改变舰艇航向的转船力矩。
[0003]舵经常配合主推进器被广泛地应用于动力定位系统中。与全回转推进器或者槽道推进器相比，主推和舵推进组合(桨舵组合)所产生的推力矢量是相当复杂的。在动力定位系统作业过程中，船舶的航速往往低于3节，此时舵力产生的主要原因来自于螺旋桨旋转所形成的水流：当主推进器发出正向推力时，形成桨后射流，水流打在舵叶上可以产生有效升力，主推和舵组合的推力矢量成扇形区域；当主推进器发出负向推力时，桨向前推水，舵所处流域流速接近于零，舵效几乎为零，推进器组合的推力矢量为一条直线。这种非凸的主推和舵组合的有效推力特性，给动力定位系统的推力分配带来很大的困难，国内外涉及这方面问题的理论研究相对较少；在水池试验方面，又缺少结构简单、加工方便，能够直接测量桨后舵力性能的试验装置，因此设计一套简单、易用、有效且规范的桨后舵力测量装置显得尤为重要。专利技术专利CN111177903 A公布了一种“一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法”，能够直接模拟出不同海况和工况条件下螺旋桨产生的推力。其主要内容是：S1、根据预先定义的试验参数，配置指定文件，在Fluent仿真软件中导入；S2、根据导入的试验参数，在Fluent仿真软件中确定使用的螺旋桨模型；S3、根据所述试验参数和所述螺旋桨模型，确定放置所述螺旋桨模型的流场计算域；S4、采用ICEM软件对所述流场计算域进行处理，生成船舶的螺旋桨所在区域的网格；S5、在所述Fluent仿真软件中设置用于试验所述螺旋桨的仿真参数和至少一组试验条件；对所述螺旋桨进行仿真测试，获取对应每一组试验条件的仿真测试结果。该专利技术拟采用数值仿真技术代替理论计算或物理水池，但是数值仿真技术的可靠性及不确定度尚未在行业内形成规范的、统一标准，因此该方法的准确性有待讨论，此外该方法只分析了螺旋桨的推力性能，未讨论舵力。
[0004]专利技术专利CN104535242A公布了一种“用于水洞的舵力测量及空泡观测装置”，既能够在测量过程中对桨舵的相对位置进行精确调节，也能够对舵角进行精确调节，不需要重新拆卸安装即可进行桨舵不同横向位、不同纵向位置、不同舵角的实验。技术方案包括底板、电机密封盒、舵三分力仪、舵轴摇臂、舵机摇臂、连杆、驱动电机、丝杆及舵角控制器。该专利技术，水密性良好，可以在真空度为0.95的空泡水洞中工作，保证了舵空泡观测实验可以模拟更多的空泡工况，但是该装置采用舵三分力仪，对装置的测量仪器要求较高，且限定了其所适用试验环境仅为水洞。
[0005]专利技术专利CN109341917A公布了一种“用于水洞的舵翼组合操纵面舵力测量装置”，
用杠杆将舵翼组合操纵面所受横向力与舵轴所受扭矩分离出来，使用拉压力传感器和扭矩传感器分别测量横向力和舵轴扭矩，提高了测量精度。该专利技术方案包括扭矩测量装置和杠杆测量装置，所述扭矩测量装置包括驱动设备和第一扭矩检测设备，所述驱动设备的旋转驱动端通过第一扭矩检测设备与舵轴顶部固定连接，舵轴底部与水洞内的转动舵固定连接；所述杠杆测量装置包括传力杆、框架和支座，所述框架底部固定于水洞内的固定翼上，传力杆一端通过第二扭矩传检测设备与框架顶部固定连接，传力杆另一端通过拉压力检测设备与支座顶部固定连接，传力杆的中部支点与支座顶部活动连接。该专利实现了舵翼组合操纵面的舵力测量，但是其机械结构复杂，且限定了其所适用试验环境仅为水洞。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种机械结构简单、制造方便、成本较低、精度较高的基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置及方法。
[0007]本专利技术的目的之一通过如下技术方案来实现：
[0008]一种基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置，其特征在于：包括测量架体、推进器安装模块、舵力测量模块、舵角调节模块、自重配平模块；所述测量架体为试验装置的框架载体，用于搭载其他各部分模块，安置于测量环境；所述推进器安装模块用于承载推进器结构，调整推进器桨叶同舵轴之间的距离，其由滑轨和推进器安装底座组成，推进器安装底座通过滑块连接于滑轨上，推进器安装底座的滑动调整方向沿桨轴方向布置；所述舵力测量模块用于安装舵叶，通过单向测量传感器测量舵叶升力、阻力方向受力，其由上测量底座和下测量底座构成；所述舵角调节模块用于调整舵叶同螺旋桨射流之间的角度，其连接于上测量底座的下端与舵轴上端之间；所述自重配平模块用于抵消舵叶、舵力测量模块、舵角调节模块自身重力对单向测力传感器的干扰，其通过牵引线端与上测量底座的上端连接。
[0009]进一步的：所述测量架体为长方体钢架结构，由整体框架、推进器安装模块安装支撑架、舵力测量模块上安装支撑架、舵力测量模块下安装支撑架、自重配平模块安装支撑架构成。
[0010]更进一步的：所述上测量底座包含上测量支撑底座、上测量支撑边框、上单向测力传感器，上测量支撑底座置于上测量支撑边框内，上测量支撑边框在两侧通过螺钉连接于舵力测量模块上安装支撑架上；上测量支撑边框和上测量支撑底座在相对的四边上均设有适配于单向测力传感器的螺纹孔位，通过4个单向测力传感器连接端与螺纹孔位之间的搭配安装，将上测量支撑底座、上测量支撑边框、单向测力传感器连接固定在一起；上测量支撑底座的上端部分设置有穿孔结构，用于适配安装自重配平模块的牵引线端；上测量支撑底座的下端设置有套孔结构的母端，并在母端侧壁上设置有锁定孔位。
[0011]更进一步的：所述舵角调节模块由上法兰、下法兰组成，两者通过螺栓同轴固定连接；在上法兰圆盘主体的下面板在边缘位置至少设置有一个凸出的插头，上法兰上端为套孔结构的子端，并在子端侧壁上设置有锁定孔位，子端与上测量支撑底座上的套孔结构的母端插装配合，并在两者对应的锁定孔位插入有锁定销子，上法兰圆盘主体的侧边设置有舵角指针；在下法兰圆盘主体的上面板在边缘位置沿圆周均匀设置凹陷的插座，其尺寸同上法兰的插头匹配，下法兰圆盘主体的侧边设置有刻度，配合舵角指针确定测量舵角；下法兰圆盘主体在圆心处设置有舵轴安装开孔以及舵轴固定结构，用于与舵轴的上端固定连
接。
[0012]更进一步的：所述下测量底座包含下测量支撑底座、下测量支撑边框、单向测力传感器、内置有轴承的轴承架，下测量支撑底座置于下测量支撑边框内，下测量支撑边框在两侧通过螺钉连接于舵力测量模块下安装支撑架上；在下测量支撑边框和下测量支撑底座在相对的四边上均设有适配于单向测力传感器的螺纹孔位，通过4个单向测力传感器连接端与螺纹孔位之间的搭配安装，将下测量支撑底座、下测量支撑边框、单向测力传感器连接固定在一起；内置有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置，其特征在于：包括测量架体、推进器安装模块、舵力测量模块、舵角调节模块、自重配平模块；所述测量架体为试验装置的框架载体，用于搭载其他各部分模块，安置于测量环境；所述推进器安装模块用于承载推进器结构，调整推进器桨叶同舵轴之间的距离，其由滑轨和推进器安装底座组成，推进器安装底座通过滑块连接于滑轨上，推进器安装底座的滑动调整方向沿桨轴方向布置；所述舵力测量模块用于安装舵叶，通过单向测量传感器测量舵叶升力、阻力方向受力，其由上测量底座和下测量底座构成；所述舵角调节模块用于调整舵叶同螺旋桨射流之间的角度，其连接于上测量底座的下端与舵轴上端之间；所述自重配平模块用于抵消舵叶、舵力测量模块、舵角调节模块自身重力对单向测力传感器的干扰，其通过牵引线端与上测量底座的上端连接。2.根据权利要求1所述的基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置，其特征在于：所述测量架体为长方体钢架结构，由整体框架、推进器安装模块安装支撑架、舵力测量模块上安装支撑架、舵力测量模块下安装支撑架、自重配平模块安装支撑架构成。3.根据权利要求2所述的基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置，其特征在于：所述上测量底座包含上测量支撑底座、上测量支撑边框、上单向测力传感器；上测量支撑底座置于上测量支撑边框内，上测量支撑边框在两侧通过螺钉连接于舵力测量模块上安装支撑架上；上测量支撑边框和上测量支撑底座在相对的四边上均设有适配于单向测力传感器的螺纹孔位，通过4个单向测力传感器连接端与螺纹孔位之间的搭配安装，将上测量支撑底座、上测量支撑边框、单向测力传感器连接固定在一起；上测量支撑底座的上端部分设置有穿孔结构，用于适配安装自重配平模块的牵引线端；上测量支撑底座的下端设置有套孔结构的母端，并在母端侧壁上设置有锁定孔位。4.根据权利要求3所述的基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置，其特征在于：所述舵角调节模块由上法兰、下法兰组成，两者通过螺栓同轴固定连接；在上法兰圆盘主体的下面板在边缘位置至少设置有一个凸出的插头，上法兰上端为套孔结构的子端，并在子端侧壁上设置有锁定孔位，子端与上测量支撑底座上的套孔结构的母端插装配合，并在两者对应的锁定孔位插入有锁定销子，上法兰圆盘主体的侧边设置有舵角指针；在下法兰圆盘主体的上面板在边缘位置沿圆周均匀设置凹陷的插座，其尺寸同上法兰的插头匹配，下法兰圆盘主体的侧边设置有刻度，配合舵角指针确定测量舵角；下法兰圆盘主体在圆心处设置有舵轴安装开孔以及舵轴固定结构，用于与舵轴的上端固定连接。5.根据权利要求4所述的基于单向测力传感器的桨后舵力测量装置，其特征在于：所述下测量底座包含下测量支撑底座、下测量支撑边框、单向测力传感器、内置有轴承的轴承架，下测量支撑底座置于下测量支撑边框内，下测量支撑边框在两侧通过螺钉连接于舵力测量模块下安装支撑架上；在下测量支撑边框...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宾，张海滨，王小东，李佳川，王岭，王福，徐凯，黄炜，孟令桐，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：