一种水下试验平台以及试验平台联动控制方法与流程

本发明属于试验装置技术领域，特别涉及一种水下试验平台以及试验平台联动控制方法。

背景技术：

为了研究水下航行体在航行时由于热水排放以及水动力作用产生的尾流特征，业界内已提出进行水池拖曳试验。但是现有尾流特征水下试验平台大多采用非水密一体结构，采用外部热水箱产生热水，再通过管道引入试验平台内部并通过试验平台的排放口进行热水排放。试验平台在拖曳移动的过程中，热水箱与试验平台连接的管道也随之移动，会对尾流产生较大的扰动影响，从而难以准确测量和分离尾流特征试验平台本身产生的尾流特征，使得测量的结果不准确。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水下试验平台，以解决现有技术中水下试验平台外接的管道会对尾流产生扰动影响，使得测量结果不准确的技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种水下试验平台，包括：

主体，所述主体内设有密闭的腔室，所述主体上设有与腔室连通的进水口和出水口；

水泵和加热装置，设置于所述腔室内，所述水泵与所述加热装置连接后与所述进水口和所述出水口连通；以及，

拖曳部，设于所述主体上，用于连接外部拖曳装置，以带动所述主体移动。

可选的，为了更好的实现本发明，所述主体上开设有与所述腔室连通的安装口，所述安装口处盖合有盖板，所述盖板与所述主体水密性连接。

可选的，为了更好的实现本发明，所述主体艉端通过密封装置转动连接有转轴，所述转轴的一端连接有推进器，所述转轴的另一端连接有驱动所述转轴转动的驱动装置。

可选的，为了更好的实现本发明，还包括控制器和蓄电池，所述控制器和所述蓄电池设于所述腔室内，所述控制器与所述加热装置、所述水泵、所述驱动装置和所述蓄电池电连接。

可选的，为了更好的实现本发明，所述主体上还设有用于检测主体移动速度的速度检测装置，所述速度检测装置与所述控制器连接。

可选的，为了更好的实现本发明，所述速度检测装置包括设于所述主体艏部的第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器用于检测试验平台的总压力，所述第二压力传感器用于检测试验平台的静压力。

可选的，为了更好的实现本发明，还包括相互配对的第一无线传输模块和第二无线传输模块，所述第一无线传输模块设于所述腔室内，所述第二无线传输模块设于外部监控平台。

可选的，为了更好的实现本发明，所述盖板为非金属盖板，所述第一传输模块的信号发射端和信号接收端正对所述盖板。

可选的，为了更好的实现本发明，所述主体上还可拆卸的连接有附体，所述附体包括艏翼、鳍以及艉翼中的一个或多个，所述拖曳部包括前拖曳部和后拖曳部，所述前拖曳部与前拖曳装置连接，所述后拖曳部与后拖曳装置连接。

本发明还提供了一种试验平台联动控制方法，包括上述的水下试验平台，所述方法包括：

所述控制器用于接收所述速度检测装置检测的试验平台航行速度值，并将所述试验平台航行速度与预设的速度阈值比较：

当试验平台的航行速度值小于所述预设的速度阈值时，所述控制器控制所述水泵、所述加热装置和所述驱动装置关闭；或者，

当试验平台的航行速度值大于或等于所述预设的速度阈值时，所述控制器控制所述水泵、所述加热装置和驱动装置启动。

本发明相较于现有技术具有以下有益效果：

本发明在试验平台内开设密闭腔室，并将水泵和加热装置均设置在密闭腔室内，由水泵通过进水口抽取试验平台外部的水流，再由加热装置将水泵抽取的水流加热后通过出水口排出以产生第一尾流。使得试验平台内部可以自行产生热水，无需通过管道与外部热水箱连接，避免了外部的连接管道对尾流产生扰动影响，提高了尾流特征测量结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的外部结构示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是图2中推进器的安装结构示意图；

图4是本发明的控制原理图；

图5是第一传感器和第二传感器的安装结构示意图。

图中：

1-主体；2-盖板；3-连接件；4-推进器；5-螺帽；6-艏翼；7-鳍；8-艉翼；9-拖曳部；10-转轴；11-第一测压管；12-蓄电池；13-加热装置；14-控制器；15-水泵；16-驱动装置；17-密机械密封件；18-第一压力传感器；19-出水口；20-进水口；21-第一无线传输模块；22-配重块；23-第二压力传感器；24-第二测压管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1：

一种水下试验平台，如图1和图2所示，包括主体1，主体1是由半椭球型艏端、圆柱形舯体和圆锥形艉端组成的回转体，主体1内部设有密闭的腔室，其目的是防止主体1外部的水渗入腔室中。主体1上设有与腔室连通的进水口20和出水口19，进水口20和出水口19均设于主体1的底部。腔室内安装有水泵15和加热装置13，水泵15和加热装置13通过螺栓固定或者焊接的方式固定在腔室内。加热装置13和水泵15均与电源相连接，电源可以是市电或者蓄电池12又或者发电机等能够提供电力的装置。加热装置13的进水端与进水口20通过管路连接，加热装置13的出水端通过管路与水泵15的进水端连接，水泵15的出水端通过管路与主体的出水口19连接。当然，水泵15和加热装置13与进水口20和出水口19的连接方式还可以是水泵15的进水端与进水口20通过管路连接，加热装置13的进水端与水泵15的出水端通过管路连接，加热装置13的出水端通过管路与出水口19连接。

水泵15的抽水端通过管路与主体1的进水口20连接，水泵15的出水端与加热装置13的进水端通过管路连接，加热装置13的出水端与主体1的出水口19通过管路与主体1的出水口19连接。当然，

进水口20和出水口19根据试验对象的结构的不同，可以设置在主体1的其他位置，比如主体1的顶部、端部或者侧壁等其他部位。

如图1所示，主体1上还设有拖曳部9，拖曳部9通过绳索与水池的拖曳装置相连接，拖曳装置移动带动试验平台移动，拖曳装置控制试验平台的航行速度和下潜深度，使试验平台以设定的航速和潜入深度通过预设在水池中测试区域，测定需要的特征信息。拖曳部9为螺杆或者吊环或者扣件等。拖曳部9包括了前拖曳部和后拖曳部，水池内也设有前拖曳装置和后拖曳装置，前拖曳装置与前拖曳部连接，后拖曳装置与后拖曳部连接。前拖曳装置与后拖曳装置共同拖曳试验平台，以保证试验平台在水池中保持水平。当需要试验平台水平前行时，将前拖曳装置的拉力设置成大于后拖曳装置的拉力，当需要试验平台水平后退时，将前拖曳装置的拉力设置成小于后拖曳装置的拉力。

优选的，前拖曳部设于主体1的前端且与主体1的中轴线共线，后拖曳部设于主体1的后端且与主体1的中轴线共线。当然，前拖曳部或者后拖曳部也可以设置在主体1的其他位置，只要能够实现将试验平台向前拉动或者向后拉动即可。

可选的，水泵15采用计量泵，可以精确调整输出流量，并且可以保持排出压力恒定不变，当然，水泵15也可以采用普通水泵15，并在普通水泵15的出水端外接流量调节阀来调整水泵15的输出流量。加热装置13采用能够调节加热温度的加热装置，包括但不限于管道式加热器或箱式加热器，管道式加热器或箱式加热器均自带有温控系统，能够调节加热温度。在本实施例中，加热装置13采用箱式加热器。

将试验平台放置在水下后，水泵15抽取试验平台外部的水流进入加热装置13中加热，加热后的水流通过出水口19排出主体1外部产生第一尾流。由于水泵15和加热装置13均设置在主体1内部，使得试验平台通过水泵15和加热装置13就能够将外部的温度较低的水加热成所需温度的水。去除了试验平台相连接的外部供水管，避免了外部供水管在随试验平台移动时对尾流造成扰动，也就避免了影响试验过程中对尾流特征的数据测量结果的准确性。

可选的，如图1所示，主体1上开设有与腔室连通安装口。安装口可以作为向腔室内运输设备的出入口。安装口处盖合有一盖板2，盖板2与主体1之间的连接方式包括但不限于铰接或螺栓固定连接。在本实施例中，盖板2与主体1采用螺栓连接的方式固定，在主体1安装口四周分布有多个螺纹盲孔，在盖板2上开设有与螺纹盲孔相对应的多个连接孔，使用螺栓穿过连接孔和螺纹盲孔将盖板2和主体1固定连接。为了保证盖板2与安装口之间连接的水密性，在盖板2和/或安装口上设有橡胶密封圈，当盖板2盖合在安装口处之后，橡胶密封圈被压紧从而保证主体1与盖板2之间的水密性。

可选的，如图2和图3所示，主体1艉端转动连接有一转轴10，转轴10与主体1的中轴线共线，并且转轴10轴身与主体1通过机械密封件17实现机械密封。转轴10也可以作为试验平台的后拖曳部。当然，转轴10与主体1也可以采用填料密封或迷宫密封等能防止转轴10与主体1转动连接处漏水的密封方式。

具体的，如图2和图3所示，主体1艉端通过螺纹可拆卸拆卸连接有连接件3，连接件3上设有与转轴10相适配的第一通孔，当连接件3与艉端连接时，第一通孔与主体1的中轴线共线，转轴10轴身上设有凸台，转轴10穿过第一通孔，并且凸台与连接件3贴合，连接件3上设有与机械密封件17外壁相适配的第一螺纹孔，机械密封件17的内壁安装在转轴10轴身上，并且机械密封件17的外壁与连接件3螺纹连接。凸台一侧的转轴10位于主体1内部，凸台另一侧的转轴10位于主体1外。在本实施例中。转轴10作为主体1的后拖曳部9。

如图2和图3所示，转轴10位于主体1外的一端可拆卸连接有推进器4。推进器4转动会在水中产生第二尾流。推进器4包括叶轮，叶轮的中心套接在转轴10上并与转轴10平键连接，叶轮的一端与凸台贴合，叶轮的另一端通过螺帽5固定。当然，叶轮与转轴10的固定方式还可以采用插销固定或者止动螺钉固定。根据所需测量的尾流特征的不同，可以选择性的在主体1上安装推进器4或者不安装推进器4。如果需要测量单独第一尾流特征，可以将推进器4拆除，保留转轴10。如果需要测量单独第二尾流特征或者第一尾流与第二尾流混合在一起的混合尾流特征，则可以将推进器4安装在转轴10上，并选择性的开启或关闭水泵15和加热装置13。主体1移动时，推进器4中的叶轮会在水流作用下转动。

可选的，如图2所示，转轴10的另一端连接有驱动装置16，驱动装置16首选调速电机，能够根据需要调节不同的转速，使推进器4在不同的转速下产生出不同的第二尾流。当然，驱动装置16也可以选择液压马达和液压站的组合形式，由液压站为液压马达提供液体压力。

另外，如图2所示，主体1的腔室内还设有控制器14和蓄电池12。蓄电池12作为外置电源，与控制器14、驱动装置16、水泵15和加热装置13连接供电，控制器14能够控制水泵15的流量参数、加热装置13的加热温度参数以及驱动装置16的驱动转速参数。控制器14中预设有多种工况模式，每一种工况模式均对应不同的水泵15流量、水流温度以及推进器4的转速。

为了使监控平台能够实时的检测和控制试验平台内部设备的运行，在试验平台和监控平台上还设有相互配对的第一无线传输模块21和第二无线传输模块，第二无线传输模块图中未示出。第一无线传输模块21和第二无线传输模块均包括无线信号接收端和无线信号发射端，第一无线传输模块21和第二无线传输模块之间采用双工或半双工方式无线信号连接。如图2所示，第一无线传输模块21设置在主体1的腔室内，并与腔室内的控制器14电连接，第二无线传输模块设置在外部的监控平台上，并与监控平台上的控制系统相连接。操作人员可以在监控平台上通过监控平台上的控制系统设置运行参数，并将运行参数通过第一无线传输模块21和第二无线传输模块传输给控制器14，再由控制器14控制水泵15、加热装置13以及驱动装置16执行对应的参数，从而达到了遥控试验平台的目的。

操作人员更换不同的运行参数，能够使试验平台在水中处于的不同的工况中，再由水下的各种外置测量设备对不同工况下的试验平台的尾流特征进行测量。当然，试验平台上的水泵15的流量数据、加热装置13的加热温度数据、驱动装置16转速等数据也可以通过第一无线传输模块21传输至第二无线传输模块中，操作人员可以在监控平台上观察试验平台中的各项数据。

为了使得第一无线传输模块21和第二无线传输模块之间的信号能够稳定传输，本实施例中的盖板2选用非金属材料制成，比如塑料、橡胶或者玻璃等不会屏蔽无线信号的非金属材料。并且，第一无线传输模块21中的信号发生端和信号接收端都正对盖板2。

由于电磁波在水中存在衰减，为了保证第一无线传输模块与第二无线传输模块的连接，因此试验平台在航行过程中，会间隔的将试验平台的盖板2露出水面。当试验平台的盖板2露出水面时，通过主体1内的第一无线传输模块与外部监控平台的第二无线传输模块建立连接，可在监控平台上修改控制参数或获取试验平台中各个设备的运行数据。无需拆开试验平台引出通信线缆。

可选的，如图1所示，主体1上还可拆卸的连接有附体，附体包括艏翼6、鳍7以及艉翼8中的一个或多个。主体1表面设有螺纹盲孔，艏翼6、鳍7以及艉翼8上设有与螺纹盲孔相适配的过孔，艏翼6、鳍7以及艉翼8上通过螺栓穿过过孔并与螺纹盲孔螺接实现与主体1的固定。操作人员在测量试验平台的特征数据时，可以选择性的将艏翼6、鳍7以及艉翼8中的一个或多个与主体1相连接，以测量不同附件对试验平台特征数据的影响。

可选择的，如图2所示，腔室内还设有配重块22。通过配重块22调整试验平台的重心，使试验平台的重心位于试验平台的浮心正下方，并且尽可能增大浮心和重心的垂向距离，以保证重力和浮力大致相等，使得试验平台在不受外力作用下能够悬浮在水中。当然，配重块22只是作为选择性使用的部件，在不使用配重块22的情况下，通过预先计算和调整水泵、加热装置、驱动装置以及蓄电池和处理器等主体1内部的设备的安装位置，也能够使整个试验平台的重力和浮力大致相等。

实施例2：

本实施例为实施例1更优的实施方式，在本实施例中，主体1上还设有用于检测主体1移动速度的速度检测装置。由于拖曳装置通过绳索拖拽试验平台，绳索具有一定的弹力和弯折能力，拖曳装置在加速或者减速时，试验平台的速度变化并不能与拖曳装置的速度保持一致，因此，需要单独对试验平台的航行速度进行测量。

如图5所示，速度检测装置包括第一压力传感器18和第二压力传感器23。第一压力传感器18和第二压力传感器23均与控制器14电连接。主体1的艏端端部设有第一测压管11和第二测压管24，第一测压管11和第二测压管21均为直管，第一测压管11的轴线和第二测压管24的轴线均与主体的中轴线平行。

第一测压管11的两端连通，第一压力传感器18位于腔室内且与第一测压管11靠近主体的一端密封连接，第一压力传感器18用于检测试验平台在水中航行的总压力p总，即试验平台迎流方向的水压压力。

第二测压管24远离主体1的一端端部封闭，并在第二测压管24的管身上均匀分布有多个径向设置的通气孔，该通气孔与第二测压管24靠近主体1的一端连通。第二压力传感器23位于腔室内且与第二测压管24靠近主体1的一端端部密封连接，第二压力传感器23用于检测试验平台在水中航行的静压力p静，即垂直于试验平台迎流方向的水压压力。

通过总压力p总与静压力p静的差值可得出动压力p动，进而通过数学公式换算得出试验平台的航速v；其中的ρ水为水体的密度。

当然，检测主体1移动速度的检测装置还可以采用水下定位信标检测装置或者多普勒声呐检测装置等其他测量水下航速的检测装置。

本实施例的其余结构与实施例1相同。

试验平台的联动控制方法为：

如图4所示，控制器14用于接收速度检测装置检测的试验平台航行速度值，并将试验平台航行速度与预设的速度阈值比较；当试验平台的航行速度值小于预设的速度阈值时，控制器14控制水泵15、加热装置13、驱动装置16关闭；或者，当试验平台的航行速度大于或等于预设的速度阈值时，控制器14控制水泵15、加热装置13、驱动装置16启动。从而实现了试验平台内部电气设备的联动控制，并且能够避免静止的试验平台对环境继续产生扰动，同时节省蓄电池12电能。

本实施的试验平台的试验步骤如下：

(1)将盖板2从主体1上拆下，通过安装口向试验平台内的腔室中装入蓄电池12、加热装置13、控制器14、水泵15、驱动装置16、转轴10以及第一压力传感器18和第二压力传感器23，连接好管路和电路；

(2)将连接件3从主体1上拆下，将机械密封件17套在轴上，并将机械密封件17通过螺纹连接在连接件3上，然后将连接件3与主体1的艉端连接；

(3)将推进器4安装在转轴10上，并通过螺帽5进行固定；

(4)将附体中的艏翼6、鳍7、艉翼8通过螺钉固定在主体1上；

(5)根据试验平台重力和浮力，调整配置块的重量或者位置，使试验平台的重力和浮力大致相等；

(6)将非金属盖板2装回主体1上。

(7)在试验平台外部电脑上编写控制程序，并通过无线网络将程序下载到试验平台内部控制器14内，控制程序设定加热装置13的加热温度、水泵15抽水流量和驱动装置16转速等参数以及速度阈值，通过第一压力传感器18和第二压力传感器23监测并计算出航速，根据航速对试验平台内部电气设备进行联动控制，即当航速小于预设的速度阈值时，控制器14控制水泵15、加热装置13、驱动装置16关闭，从而能够避免静止的试验平台对环境继续产生扰动，同时节省蓄电池12电能；当航速大于或等于预设的速度阈值时，控制器14控制水泵15、加热装置13、驱动装置16启动，并通过控制程序使各个设备的控制参数达到预设值。

(8)将试验平台放入水池中，并将试验平台通过拖曳部9与水池拖曳装置连接，通过拖曳装置控制试验平台航行速度和潜水深度，使试验平台以设定的航速和潜入深度通过测试区域，测定需要的特征信息；

例如，在测试区域布放温度采集系统，得到待试对象尾流温度特征。

或者在测试区域布放波高仪、流速等尾迹采集系统，得到待试对象尾迹特征。

又或者在试验平台内部安装噪声传感器，噪声传感器与控制器14连接，在测试域布放远场辐射噪声采集系统，得到待试对象近、远场辐射噪声信息。

(9)通过拖曳装置将试验平台潜出水面，试验平台外部监控平台的控制系统与试验平台的控制器14通过第一无线传输模块21和第二无线传输模块无线通信，调整控制器14控制程序，重新设定各电气设备控制参数，从而更换测试工况。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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