[发明专利]一种水下航行器外形优化性能测试平台及方法

说明书

本发明一种水下航行器外形优化性能测试平台及方法，属于航行器测试技术领域；包括循环水槽、搭载平台和测试系统；循环水槽用于提供循环水流环境；搭载平台为框架式结构，其顶部和底部均安装有气浮系统，位于顶部的气浮系统通过安装平台固定航行器，位于底部的气浮系统通过安装平台固定高速相机；顶部气浮系统通过竖直设置的同步连杆与底部气浮系统连接，实现顶部和底部的安装平台同步运动，进而实现航行器和高速相机的同步运动；实验中将航行器通过安装平台固定在气浮轴承上，航行器在水下的运动带动气浮轴承的运动，从而实现更真实的模拟运动；同时通过同步连杆实现高速相机的同步随动，能够对各航行器流场及姿态进行同步拍摄。

技术领域

本发明属于航行器测试技术领域，具体涉及一种水下航行器外形优化性能测试平台及方法。

背景技术

深海中蕴藏着大量的物质资源以及无数未解的谜题，而水下航行器作为一种有效的水下载具，在强大我国海防实力及探索深海奥秘等方面发挥着越来越重要的作用。在水下航行器的设计方面，如何利用外形来降低流体阻力及如何设计合适外形来满足复杂的海洋环境是设计的一个重要指标。探究航行器在不同外形下的推力系数、推进效率、升阻比以及流场特性时，试验是一个必不可少的环节，通过试验来确定最契合目标参数的航行器外形。

中国专利CN202011343769.5一种仿生柔性鳍水动力性能测量实验装置及方法,提供了一种测试装置及测试方法。但在其发明中，实验模型只能固定在某一确定位置进行水流冲刷实验，而不能进行自主游动实验，使得实验应用范围有局限性。其发明中的水箱仅仅通过水泵、抑波板、出水口和排水口来维持水槽内流场稳定，每变换一次来流速度均需要调节出水口来使得水槽内流速达到稳定，并且这种方案不可避免的会造成水资源浪费，同时会导致较大的水流速度误差和不稳定的流场环境。

本发明所述的一种水下航行器外形优化性能测试平台及方法，可以提供一种在循环水槽中进行水下航行器外形优化性能测试的试验平台，以及基于此平台的测试方法。

本发明

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外形优化性能测试平台及方法，配合循环水槽进行测试；通过循环水槽和气浮系统进行航行器的高精度水动力实验。具体来说，在开启气浮系统时可以进行自主游动状态下的水动力实验；在关闭气浮系统时可以进行静水冲刷实验。本发明能够测出自水下航行器在不同外形下的推进效率、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契合目标参数的航行器外形，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，是一种操作简单、精度高的水下航行器外形优化性能测试试验平台及测试方法。

本发明的技术方案是：一种水下航行器外形优化性能测试平台，其特征在于:包括循环水槽、搭载平台和测试系统；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气浮系统，位于顶部的气浮系统通过安装平台固定航行器，位于底部的气浮系统通过安装平台固定高速相机；所述气浮系统包括光杆、光杆支撑座和气浮轴承，四个光杆分别通过光杆支撑座对称安装于框架的顶部和底部，气浮轴承同轴安装于光杆上；所述安装平台的两端分别固定于两侧的气浮轴承上，航行器通过伸缩杆固定于安装平台的正下方；通过空压机从气浮轴承的小孔向光杆充入压力空气，同时通过抽气机将多余压力空气抽出，保持气浮轴承和光杆之间气压饱和，使得航行器能够通过安装平台沿光杆的轴向进行自由运动；顶部气浮系统两侧的气浮轴承分别通过竖直设置的同步连杆与底部气浮系统两侧的气浮轴承固定连接，实现顶部和底部的安装平台同步运动，进而实现航行器和高速相机的同步运动；

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，位于航行器的正下方，用于流场、涡场以及扑翼运动形态的拍摄。