[发明专利]一种水下航行器编队布置推进性能测试平台及方法

说明书

本发明一种水下航行器编队布置推进性能测试平台及方法，属于航行器试验领域；包括循环水槽、搭载平台以及测试系统；所述循环水槽用于提供循环水流环境；所述搭载平台为框架式结构，其顶部和底部均安装有导杆系统，位于顶部的导杆系统通过安装平台固定有多个航行器，位于底部的导杆系统通过安装平台固定高速相机；根据编队形式，通过调整各伸缩杆在安装平板上的固定位置来调整航行器在水平面的位置，通过调整各伸缩杆的轴向伸缩长度来调整航行器在竖直方向的位置；通过导杆系统和高速相机的配合，可以测试出水下航行器在不同编队设置下的推进效率、推力系数、升阻比及流场特性等衡量航行器运动性能优劣的关键参数。

技术领域

本发明属于航行器试验领域，具体涉及一种水下航行器编队布置推进性能测试平台及方法。

背景技术

海洋是地球上最大的政治地理单元，其对沿海国家，具有巨大的经济、政治与军事意义。水下航行器作为一种可长时间在水下自主航行的智能小型装备，在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用。当前，采用螺旋桨体系的推进与操作系统，水下航行器的推进效率可达70％-80％，舵效则接近2.0，但仍然很难满足特殊任务条件下的需求。群游现象在自然界中广泛存在，学者通过对编队行进的游鱼及飞鸟的研究，发现在集体群游时，个体的能量消耗得以减少，这进一步提升了人们对仿生航行器编队设置相关研究的兴趣。

在探究编队设置对仿生航行器推进性能影响的过程中，模型试验是一个必不可少的环节，通过模型试验来获取航行器在不同编队布置下的关键水动力及流场性能参数，从而得出最适合当前航行器的编队方式，为实际航行提供参考和依据。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种水下航行器编队布置推进性能测试平台及方法，在循环水槽中进行实验，测出自水下航行器在不同编队布置下的推进效率、推力系数、升阻比及流场特性等衡量其运动性能优劣的关键参数，并能根据实验数据确定出最佳的编队方式，同时还可以为传统的CFD数值模拟和理论研究提供实验验证，为实际航行提供参考和依据。是一种操作简单、精度高的水下航行器编队布置推进性能测试试验平台及测试方法。

本发明的技术方案是：一种水下航行器编队布置推进性能测试平台，其特征在于：包括循环水槽、搭载平台以及测试系统；所述循环水槽用于提供循环水流环境；

所述搭载平台为框架式结构，其顶部和底部均安装有导杆系统，位于顶部的导杆系统通过安装平台固定有多个航行器，位于底部的导杆系统通过安装平台固定高速相机；所述导杆系统包括轴承、导杆及导杆支撑座，四个导杆分别通过导杆支撑座对称安装于框架的顶部和底部，轴承同轴套装于导杆上；所述安装平台的两端分别通过轴承与导杆实现滑动连接，多个航行器分别通过伸缩杆固定于安装平台的正下方；根据编队形式，通过调整各伸缩杆在安装平板上的固定位置来调整航行器在水平面的位置，通过调整各伸缩杆的轴向伸缩长度来调整航行器在竖直方向的位置；

所述测试系统包括六轴力/力矩传感器、DPIV系统；所述DPIV系统包含光源系统、高速相机、荧光粒子、含流场分析模块的计算机；所述光源系统设置于搭载平台外用于照明；所述高速相机设置于搭载平台的底部安装平台上，位于航行器编队的正下方，用于对航行器编队进行流场、涡场以及扑翼运动形态的拍摄。

本发明的进一步技术方案是：所述循环水槽包括回型水槽、叶轮和实验段，所述回型水槽包括四个拐角，第一拐角与第二拐角之间的连接管道为贴近地面的回流管道；

所述回流管道上壁面延伸至第二拐角处，在位于第二拐角处的回流管道上壁面上开有通孔；所述叶轮安装于第二拐角的通孔处，通过电机驱动叶轮旋转，将水从通孔中抽出，提高后端水位流向下游，使得水槽内水流方向为顺时针；

所述实验段为第一拐角与第四拐角之间的一段水槽，所述搭载平台安装于实验段外侧，顶部导杆系统位于水槽上方，底部导杆系统位于槽底下方；多个航行器分别通过伸缩杆伸入至水槽内。