用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置和方法与流程

本发明涉及船舶与海洋破冰，特别是涉及一种用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置和方法。

背景技术：

1、北极地区地理环境特殊，常年被平均厚度超过3m的冰层覆盖，这样的冰层为潜艇的活动提供了极大的便利条件，潜艇可以在冰层下悄无声息地活动。由于海冰的存在，破冰是极地海洋结构物面临的一个非常现实且关键的问题。若想使潜艇充分发挥其军事价值，就需要其能够从冰下破冰而出对目标进行打击。极地环境复杂，在冰面之下有着复杂的暗流。因此，如何模拟海流环境下潜艇模型上浮破冰试验的过程，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置和方法，以模拟海流环境下潜艇模型上浮破冰试验的过程。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，包括：

4、造流系统，所述造流系统包括池体和内循环造流机，所述内循环造流机安装于所述池体内，用于在所述池体内造流；

5、破冰模拟系统，所述破冰模拟系统包括潜艇模型、基座和多个顶升装置；多个所述顶升装置均安装于所述基座上，所述基座安装于所述池体内；多个所述顶升装置分别与所述潜艇模型的不同位置球铰连接，以调节所述潜艇模型的高度及俯仰角度；

6、拍摄系统，所述拍摄系统包括水下拍摄装置和水上拍摄装置；所述水下拍摄装置用于拍摄所述潜艇模型的水下动作，所述水上拍摄装置用于拍摄冰面上的图像；

7、传感系统，所述传感系统包括压力分布传感器、压力传感器和采集仪；所述压力分布传感器安装于所述潜艇模型上，用于采集所述潜艇模型破冰时的压力分布数据；所述压力传感器安装于所述池体内，且支撑所述基座，用于采集所述顶升装置施加顶升力的数据；所述采集仪分别与所述压力分布传感器、所述压力传感器电连接，以记录所述压力分布传感器、所述压力传感器采集的数据。

8、优选地，所述池体内安装有隔板，所述隔板将所述池体内部分为上下两层；所述压力传感器安装于所述隔板的上表面。

9、优选地，所述内循环造流机包括第一造流机和第二造流机；所述第一造流机的吸水口位于所述隔板下侧，所述第一造流机的排水口位于所述隔板上侧；所述第二造流机的吸水口位于所述隔板上侧，所述第二造流机的排水口位于所述隔板下侧；所述潜艇模型位于所述第一造流机的排水口与所述第二造流机的吸水口之间。

10、优选地，所述基座上安装第一导轨，所述顶升装置滑动安装于所述第一导轨上；所述第一造流机与所述第二造流机的连线垂直于所述第一导轨，以通过所述第一导轨调节所述潜艇模型的水平位置和迎流角度。

11、优选地，所述池体上安装第二导轨，所述第二导轨平行于所述第一导轨，所述水下拍摄装置滑动安装于所述第二导轨上，以使所述水下拍摄装置跟随所述潜艇模型移位。

12、优选地，所述池体上安装第三导轨，所述第三导轨垂直于所述第一导轨，所述水上拍摄装置滑动安装于所述第三导轨上，以调节所述水上拍摄装置的位置。

13、优选地，所述潜艇模型包括艇身、围壳和尾舵，所述围壳固定于所述艇身的驾驶室周围，所述压力分布传感器固定在所述围壳上，并与所述围壳完全接触。

14、优选地，所述压力传感器的数量为四个，且分别支撑所述基座的四个角。

15、优选地，所述顶升装置为伺服电动缸。

16、本发明还提供一种用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验方法，使用上述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，包括如下步骤：

17、s1、在所述池体内注水并布设冰层；

18、s2、开启所述第一造流机和所述第二造流机，使水流围绕所述隔板顺指针或逆时针转动，形成内循环水流；

19、s3、调整所述潜艇模型相对于水平面的攻角范围，开启所述顶升装置，通过所述拍摄系统和所述传感系统对试验过程进行记录，分析得到所述潜艇模型上浮破冰的最佳攻角；

20、s4、在最佳攻角下，试验并记录不同上升速率及水流流速对极限载荷和破冰效果的影响。

21、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

22、本发明通过调节潜艇模型上连接不同顶升装置的铰接位置的高度差，可调节潜艇模型破冰时的俯仰角度，再通过传感系统收集数据，得到不同俯仰角度对潜艇模型受力的影响。通过拍摄系统对潜艇模型撞击冰层效果的拍摄，得到不同俯仰角度对破冰效果的影响。造流系统可模拟冰层下的海流情况，从而更贴近真实的破冰情况。

23、本发明的优选方案中，通过隔板将池体内部分为上下两层，结合第一造流机和第二造流机的布设方式，使水流在隔板上侧形成稳定的单向液流，更贴近潜艇在实际行驶时的水流情况。

24、本发明的优选方案中，通过第一导轨调节潜艇模型的水平位置和迎流角度，结合传感系统和拍摄系统的记录，得到不同迎流角度对潜艇模型受力以及潜艇模型撞击效果的影响。

技术特征：

1.一种用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于：所述池体内安装有隔板，所述隔板将所述池体内部分为上下两层；所述压力传感器安装于所述隔板的上表面。

3.根据权利要求2所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于：所述内循环造流机包括第一造流机和第二造流机；所述第一造流机的吸水口位于所述隔板下侧，所述第一造流机的排水口位于所述隔板上侧；所述第二造流机的吸水口位于所述隔板上侧，所述第二造流机的排水口位于所述隔板下侧；所述潜艇模型位于所述第一造流机的排水口与所述第二造流机的吸水口之间。

4.根据权利要求3所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于：所述基座上安装第一导轨，所述顶升装置滑动安装于所述第一导轨上；所述第一造流机与所述第二造流机的连线垂直于所述第一导轨，以通过所述第一导轨调节所述潜艇模型的水平位置和迎流角度。

5.根据权利要求4所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于：所述池体上安装第二导轨，所述第二导轨平行于所述第一导轨，所述水下拍摄装置滑动安装于所述第二导轨上，以使所述水下拍摄装置跟随所述潜艇模型移位。

6.根据权利要求4所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于：所述池体上安装第三导轨，所述第三导轨垂直于所述第一导轨，所述水上拍摄装置滑动安装于所述第三导轨上，以调节所述水上拍摄装置的位置。

7.根据权利要求1所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于：所述潜艇模型包括艇身、围壳和尾舵，所述围壳固定于所述艇身的驾驶室周围，所述压力分布传感器固定在所述围壳上，并与所述围壳完全接触。

8.根据权利要求1所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于：所述压力传感器的数量为四个，且分别支撑所述基座的四个角。

9.根据权利要求1所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，其特征在于：所述顶升装置为伺服电动缸。

10.一种用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验方法，其特征在于，使用如权利要求3所述的用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置，包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种用于海流环境下潜艇模型上浮破冰的试验装置和方法，试验装置包括造流系统、破冰模拟系统、拍摄系统以及传感系统。造流系统包括池体和内循环造流机。破冰模拟系统包括潜艇模型、基座和多个顶升装置。多个顶升装置分别与潜艇模型的不同位置球铰连接，以调节潜艇模型的高度及俯仰角度。拍摄系统包括水下拍摄装置和水上拍摄装置。传感系统包括压力分布传感器、压力传感器和采集仪。压力分布传感器安装于潜艇模型上，压力传感器安装于池体内且支撑基座。采集仪分别与压力分布传感器、压力传感器电连接，以记录压力数据。相比于现有技术，本发明的技术方案能够更好地模拟海流环境下潜艇模型上浮破冰试验的过程，以指导潜艇的设计过程。技术研发人员：杨棣,魏建辉,李旭,赵志勇,张颖,张宇祥,李宇坤,倪宝玉,刘鹏,袁广宇,武奇刚,韩端锋,王作程,谭浩,于泽蕊,鲁阳,狄少丞,鞠磊,王庆,薛彦卓受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一九研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25