一种矢量推进水下潜器试验装置及其安装方法和试验方法与流程

本发明涉及一种矢量推进水下潜器试验装置及其安装方法和试验方法，属于水下潜器试验装置。

背景技术：

1、矢量推进水下潜器通常由矢量驱动机构、推进器、本体和附件等组成。对于水下潜器而言，水动力参数精确程度与控制模型精确程度密切相关。为了建立更为精确的控制模型，需要通过约束模试验开展水动力参数试验测量。常规的循环水槽约束模平面运动机构的试验系统分为平面运动机构装置、控制计算机系统、测力天平及采集系统等，开展约束模试验需将试验船模或者水下航行器通过可约束动臂与平面运动机构装置下方的测力天平相连接，常规循环水槽中的约束模平面运动机构配套较为复杂的平面运动机构装置后，虽然其可由电脑进行控制，但通常具有体积大、安装方式复杂的特点，并且不适用于具备多种用途可开展不同类型试验的循环水槽。

2、通常水下潜器的正航、上潜、下浮等运动模式的试验采用自航试验的方式，但对于水下潜器实物样机的制作水平要求较高，对其控制性能要求同样较高。对于处于样机试制阶段的水下潜器，若需开展运动控制效果的水下试验，需要完成浮力配置和重心调整，耗时长，且与控制效果试验关联度不高，并且对于在运动过程中浮力会变化的水下潜器而言，自航试验方式将无法对水下潜器运动控制效果进行有效验证。

3、现有的，专利号为“cn202111626962.4”的中国专利，公布了一种纵横两自由度复合运动水下航行器控制机构，重点解决水下航行器的大攻角上浮下潜、满舵偏转及全速回转等运动时的流场测量，其更适用于水滴形水下航行器的攻角式上浮下潜运动，并且试验重点是流场的测量。

4、因此，亟需一种可对多运动自由度矢量推进水下潜器不同姿态的水动力导数进行试验测量，并且具备开展水下潜器多运动模式控制效果试验的循环水槽试验测量装置。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是常规循环水槽中的约束模平面运动机构需要配套较为复杂的平面运动机构装置，体积大、安装方式复杂，且不适用于具备多种用途可开展不同类型试验的循环水槽的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供一种矢量推进水下潜器试验装置及其安装方法和试验方法，可在循环水槽中开展水下潜器测量试验和控制效果验证试验，具备安装简单、可扩展调整能力等特点。

3、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

4、本发明第一方面，提供了一种矢量推进水下潜器试验装置，包括固定支架、连接组件、回转测力基座、定位件，所述固定支架用于试验装置整体与循环水槽的连接固定；

5、所述连接组件包括接口底座、连接杆、上端板，所述接口底座及上端板分设在所述连接杆两端，所述连接杆与矢量推进水下潜器通过所述接口底座连接，所述连接杆与所述回转测力基座通过所述上端板转动连接用于改变矢量推进水下潜器的艏向角，所述定位件用于定位固定所述连接杆及回转测力基座；

6、包括测力计，所述回转测力基座背离矢量推进水下潜器的一侧连接所述测力计，所述测力计背离所述回转测力基座的一侧设置在所述固定支架上；

7、还包括测量模块和水下潜器控制模块，所述测力计与所述测量模块电连接，所述水下潜器控制模块与矢量推进水下潜器电连接。

8、优选的，所述连接杆中空设置且两端开口，所述接口底座上贯穿开设有走线过孔，所述走线过孔与所述连接杆内腔对应设置且相互连通，所述回转测力基座外壁上开设有过线槽，所述过线槽与所述连接杆内腔连通。

9、优选的，所述回转测力基座套设在所述连接杆一端外壁上，所述连接杆位于所述回转测力基座内的外壁上开设有定位螺纹孔，所述回转测力基座外壁上间隔均匀开设有多个与所述定位螺纹孔相适配的定位通孔，所述定位件穿设任一所述定位通孔并与所述定位螺纹孔螺纹连接。

10、进一步的，所述定位件为长柄螺杆。

11、优选的，所述测力计为六分量测力计。

12、本发明的第二方面，提供了一种矢量推进水下潜器试验装置的安装方法，包括如下步骤：

13、s11，安装矢量推进水下潜器试验装置：将所述接口底座固定在连接杆一端，将所述回转测力基座通过上端板转动安装在连接杆背离接口底座的一端，并通过所述定位件固定连接杆和回转测力基座，将所述测力计一侧与回转测力基座背离接口底座的一侧固定连接，然后将所述测力计固定安装在固定支架上，最后将测力模块及水下潜器控制模块放置在循环水槽工作段顶部两侧的工作平台上；

14、s12，将接口底座与矢量推进水下潜器上盖板通过螺钉相连，实现矢量推进水下潜器与矢量推进水下潜器试验装置整体的固定；

15、s13，将矢量推进水下潜器内部信号线及电机驱动线缆从走线过孔伸入连接杆内腔并从回转测力基座的过线槽伸出；

16、s14，将装有矢量推进水下潜器的矢量推进水下潜器试验装置通过固定支架安装到循环水槽工作段顶部两侧的工作平台上，并使得矢量推进水下潜器位于循环水槽内，将测力计的线缆引出到循环水槽工作段顶部两侧的工作平台与测量模块相连接，将从过线槽伸出的矢量推进水下潜器内部线缆与所述水下潜器控制模块相连接。

17、本发明的第三方面，提供了一种矢量推进水下潜器试验装置的试验方法，包括如下步骤：

18、s21，改变所述矢量推进水下潜器艏向角或所述矢量推进水下潜器的矢量驱动机构角度并配合循环水槽工作段的不同水速，通过所述测力计和测量模块配合实现对矢量推进水下潜器的水动力参数测量试验和整体推力的测量；

19、s22，通过所述水下潜器控制模块对矢量推进水下潜器的转速、矢量驱动机构转动角度、转动速度进行控制，通过所述测力计和测量模块配合采集原始数据并加以处理计算获取相应受力数据，并基于相应的受力数据判断针对不同运动的控制效果是否稳定或是否满足控制要求。

20、优选的，所述的s21中，当循环水槽工作段水速为零，矢量推进水下潜器艏向角为零，通过所述测力计和测量模块测量不同转速下的推力数据；

21、当矢量推进水下潜器的矢量驱动机构转动至垂向，通过所述测力计和测量模块可以测量整体垂向推力数据。

22、优选的，所述的s21中，通过改变所述连接杆与回转测力基座相对角度进而改变矢量推进水下潜器艏向角，或者通过改变矢量推进水下潜器的矢量驱动机构角度，配合循环水槽工作段的不同水速，通过所述测力计和测量模块测量不同工况下的矢量推进水下潜器受力，进而为后续计算水动力参数提供相关数据。

23、优选的，所述的s22中通过标定试验及零位偏置对所述原始数据进行前置处理，将实际采集到数据进行计算获得所述受力数据，进而基于相应的受力数据判断针对不同运动的控制效果是否稳定或是否满足控制要求。

24、本发明提供的一种矢量推进水下潜器试验装置及其安装方法和试验方法，存在以下优点：

25、本发明中，将矢量推进水下潜器通过矢量推进水下潜器试验装置置入循环水槽中，通过连接杆和回转测力基座的转动配合实现对矢量推进水下潜器艏向角的改变控制或通过水下潜器控制模块实现对矢量推进水下潜器速、矢量驱动机构转动角度、转动速度等进行控制并适配不同速度的水流，再配合测力计及测量模块的数据采集及处理，既满足了一种矢量推进水下潜器整体推力测量和水动力参数测量的需求，同样也满足了对具备多种水下运动模式的水下潜器开展控制模式试验的安全性要求。