專利名稱：水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下推進(jìn)裝置，尤其是涉及水下推進(jìn)裝置的前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
波浪能滑翔器是當(dāng)前出現(xiàn)的新型海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)自主運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，將波浪起伏直接轉(zhuǎn)換為前向推進(jìn)，同時(shí)利用太陽(yáng)能為系統(tǒng)供電，通過(guò)搭載各種類型科學(xué)傳感器，以完成長(zhǎng)時(shí)期海洋巡航調(diào)查作業(yè)。波浪能滑翔器由纜繩連接的舟型上浮體和水下滑翔機(jī)兩部分組成。舟型上浮體在海浪的作用下上下起伏，進(jìn)而通過(guò)纜繩拉拽水下滑翔機(jī)上下運(yùn)動(dòng)，水下滑翔機(jī)利用具有固定轉(zhuǎn)角限位的擺動(dòng)水翼，將上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為前向推進(jìn)，從而拉拽舟型上浮體前向運(yùn)動(dòng)。波浪能滑翔器通過(guò)直接捕獲波浪能實(shí)現(xiàn)前向推進(jìn)，可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)期大范圍海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)，為人類觀測(cè)和了解世界海洋開(kāi)辟了嶄新的途徑。然而，波浪能滑翔器以及其他利用波浪運(yùn)動(dòng)的推進(jìn)裝置尚處于進(jìn)一步試驗(yàn)研究中，在不同浪高和不同周期的海浪作用下選擇不同的水翼線型、尺寸以及擺角等結(jié)構(gòu)參數(shù)會(huì)有不同的推進(jìn)效果。波浪能滑翔器以及其他利用波浪運(yùn)動(dòng)推進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要不同海況下不同水翼參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，目前尚沒(méi)有測(cè)試不同海況下不同參數(shù)水翼結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前波浪能滑翔器試驗(yàn)研究中，缺少不同海浪運(yùn)動(dòng)狀況下相對(duì)不同水翼參數(shù)的試驗(yàn)裝置，本發(fā)明推出一種水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，其目的在于，在浮體下設(shè)置與豎直導(dǎo)桿連接的水翼，并由步進(jìn)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)曲柄帶動(dòng)豎直導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，由上下運(yùn)動(dòng)的水翼進(jìn)而模擬波浪作用產(chǎn)生前向推進(jìn)力，測(cè)試不同海況下對(duì)于不同參數(shù)的水翼的波浪前向推進(jìn)效率。本發(fā)明涉及的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置包括舟型浮體、步進(jìn)電機(jī)、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。浮體為浮力材料制作的舟型結(jié)構(gòu)體，浮體上固定安裝步進(jìn)電機(jī)和曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)連接，浮體下面設(shè)置水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)連接。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)電機(jī)支架安裝在浮體上面，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄通過(guò)“L”接頭固定連接。曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)包括曲柄、滑塊、導(dǎo)軌和導(dǎo)桿。導(dǎo)桿垂直穿過(guò)浮體，導(dǎo)桿上端與導(dǎo)軌固定連接，導(dǎo)桿與導(dǎo)軌相互垂直。導(dǎo)軌呈U型槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌U型槽內(nèi)插入滑塊的前端頭?；瑝K中部有環(huán)形凹槽，滑塊中部的環(huán)形凹槽內(nèi)卡有導(dǎo)軌U型槽槽口側(cè)邊，滑塊的前端頭在導(dǎo)軌的U型槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和相對(duì)滑動(dòng)。滑塊后端開(kāi)有圓形通孔，曲柄的一端穿過(guò)滑塊上的圓形通孔并由螺釘固定。水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括水翼、水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌、水翼連接軸、水翼限位桿、擺角調(diào)整塊。水翼采用平板翼結(jié)構(gòu)，上面開(kāi)有螺釘孔和方形槽，兩排平行布置的螺釘孔將水翼連接軸和水翼限位桿平行固定，水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌與水翼垂直并穿過(guò)水翼的方形槽。水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌整體呈扇形結(jié)構(gòu)，前端開(kāi)有螺釘孔和圓形通孔，螺釘孔用于與豎直導(dǎo)桿固定連接，水翼連接軸穿過(guò)圓形通孔并可以在孔內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌后端開(kāi)有與圓形通孔同心的弧形孔槽，水翼限位桿穿過(guò)弧形孔槽并且可以相對(duì)滑動(dòng)。水翼連接軸穿過(guò)水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌前端的圓形通孔并通過(guò)卡在兩側(cè)的軸端擋圈限制水翼連接軸的軸向位移，水翼連接軸與水翼固定連接，使水翼只能以水翼連接軸為軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。水翼限位桿與水翼固定連接，將水翼的運(yùn)動(dòng)限定在水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌弧形孔槽的角度范圍內(nèi)。水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌的弧形孔槽內(nèi)設(shè)置上下兩個(gè)擺角調(diào)整塊，擺角調(diào)整塊上有螺紋孔，緊固螺釘將擺角調(diào)整塊壓緊在弧形孔槽內(nèi)側(cè)，兩個(gè)擺角調(diào)整塊限制水翼限位桿在水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌弧形孔槽內(nèi)的上下移動(dòng)范圍。本發(fā)明涉及的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置放置在水池內(nèi)，浮體浮在水面，水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)及其水翼浸在水中。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直導(dǎo)桿的上下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)桿的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)作豎直上下運(yùn)動(dòng)，水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上升和下降過(guò)程中水翼受到水的作用和水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌弧形孔槽對(duì)水翼限位桿的限定作用將水翼限定在一定的角度，水翼在上升和下降運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到水的作用產(chǎn)生前向推進(jìn)力，驅(qū)動(dòng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置前進(jìn)，模擬實(shí)驗(yàn)裝置在海中波浪作用下被推進(jìn)。改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整波浪的周期，調(diào)整滑塊與電機(jī)輸出軸之間的距離即調(diào)整曲柄的實(shí)際工作長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定波浪的波高，調(diào)整水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌內(nèi)擺角調(diào)整塊的位置設(shè)定水翼擺角。實(shí)驗(yàn)裝置的前進(jìn)速度可以測(cè)出，波浪的周期和波高可以設(shè)定，水翼前向推進(jìn)效率就能測(cè)定。本發(fā)明的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置能夠在沒(méi)有造波水池環(huán)境下方便的測(cè)試在不同波高和波頻環(huán)境下對(duì)于不同翼型不同擺角的水翼在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的前向推進(jìn)效率。


圖1是本發(fā)明涉及的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記說(shuō)明:1、浮體2、導(dǎo)桿3、導(dǎo)軌4、曲柄5、步進(jìn)電機(jī)6、水翼7、滑塊8、“L” 接頭9、水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌 10、擺動(dòng)調(diào)整塊11、緊固螺釘12、軸端擋圈13、水翼連接軸 14、水翼限位桿。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1顯示本發(fā)明涉及的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置的基本結(jié)構(gòu)，圖2、圖3分別顯示水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)。如圖所示，水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置包括浮體1、步進(jìn)電機(jī)5、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。浮體I為浮力材料制作的舟型結(jié)構(gòu)體，浮體I上固定安裝步進(jìn)電機(jī)5和曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)5與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)連接，浮體I下面設(shè)置水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)連接。步進(jìn)電機(jī)5通過(guò)電機(jī)支架安裝在浮體I上面，步進(jìn)電機(jī)5的輸出軸與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄4通過(guò)” L”接頭8固定連接。曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)包括曲柄4、滑塊7、導(dǎo)軌3和導(dǎo)桿2。導(dǎo)桿2垂直穿過(guò)浮體1，導(dǎo)桿
2上端與導(dǎo)軌3固定連接，導(dǎo)桿2與導(dǎo)軌3相互垂直。導(dǎo)軌3呈U型槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌U型槽內(nèi)插入滑塊7的前端頭?；瑝K7中部有環(huán)形凹槽，滑塊7中部的環(huán)形凹槽內(nèi)卡有導(dǎo)軌U型槽槽口側(cè)邊，滑塊7的前端頭在導(dǎo)軌U型槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和相對(duì)滑動(dòng)?；瑝K7后端開(kāi)有圓形通孔，曲柄4的一端穿過(guò)滑塊7上的圓形通孔并由螺釘固定。水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括水翼6、水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9、水翼連接軸13、水翼限位桿14、擺動(dòng)調(diào)整塊10。水翼6采用平板翼結(jié)構(gòu)，上面開(kāi)有螺釘孔和方形槽，兩排平行布置的螺釘孔將水翼連接軸13和水翼限位桿14平行固定，水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9與水翼6垂直并穿過(guò)水翼6的方形槽。水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9整體呈扇形結(jié)構(gòu)，前端開(kāi)有螺釘孔和圓形通孔，螺釘孔用于與豎直導(dǎo)桿2固定連接，水翼連接軸13穿過(guò)圓形通孔并可以在孔內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9后端開(kāi)有與圓形通孔同心的弧形孔槽，水翼限位桿14穿過(guò)弧形孔槽并且可以相對(duì)滑動(dòng)。水翼連接軸13穿過(guò)水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9前端的圓形通孔并通過(guò)卡在兩側(cè)的軸端擋圈12限制水翼連接軸13的軸向位移，水翼連接軸13與水翼6固定連接，使水翼6只能以水翼連接軸13為軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。水翼限位桿14與水翼6固定連接，將水翼6的運(yùn)動(dòng)限定在水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9弧形孔槽的角度范圍內(nèi)。水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9的弧形孔槽內(nèi)設(shè)置上下兩個(gè)擺動(dòng)調(diào)整塊10，擺動(dòng)調(diào)整塊10上有螺紋孔，緊固螺釘11將擺動(dòng)調(diào)整塊10壓緊在弧形孔槽內(nèi)側(cè)，兩個(gè)擺動(dòng)調(diào)整塊10限制水翼限位桿14在水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9弧形孔槽內(nèi)的上下移動(dòng)范圍。本發(fā)明涉及的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置放置在水池內(nèi)，舟型浮體I浮在水面，水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)及其水翼6浸在水中。步進(jìn)電機(jī)5驅(qū)動(dòng)曲柄4做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲柄4的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)滑塊7與導(dǎo)軌3之間的滑動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直導(dǎo)桿2的上下運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)桿2的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)作豎直上下運(yùn)動(dòng)，水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上升和下降過(guò)程中水翼6受到水的作用和水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9弧形孔槽對(duì)水翼限位桿14的限定作用將水翼6限定在一定的角度，水翼6在上升和下降運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到水的作用產(chǎn)生前向推進(jìn)力，驅(qū)動(dòng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置前進(jìn)，模擬實(shí)驗(yàn)裝置在海中波浪作用下被推進(jìn)。改變步進(jìn)電機(jī)5的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整波浪的周期，調(diào)整滑塊7與電機(jī)輸出軸之間的距離即調(diào)整曲柄4的實(shí)際工作長(zhǎng)度來(lái)設(shè)定波浪的波高，調(diào)整水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌9內(nèi)擺動(dòng)調(diào)整塊10的位置設(shè)定水翼6擺角。實(shí)驗(yàn)裝置的前進(jìn)速度可以測(cè)出，波浪的周期和波高可以設(shè)定，水翼前向推進(jìn)效率就能測(cè)定。本發(fā)明的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置能夠在沒(méi)有造波水池環(huán)境下方便的測(cè)試在不同波高和波頻環(huán)境下對(duì)于不同翼型不同擺角的水翼6在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的前向推進(jìn)效率。
權(quán)利要求
1.一種水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括浮體、步進(jìn)電機(jī)、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，浮體上固定安裝步進(jìn)電機(jī)和曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄固定連接，浮體下面設(shè)置水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)與曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)包括曲柄、滑塊、導(dǎo)軌和導(dǎo)桿，導(dǎo)桿垂直穿過(guò)浮體，導(dǎo)桿上端與導(dǎo)軌固定連接，導(dǎo)桿與導(dǎo)軌相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述導(dǎo)軌呈U型槽結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌U型槽內(nèi)插入滑塊的前端頭，滑塊中部有環(huán)形凹槽，滑塊中部的環(huán)形凹槽內(nèi)卡有導(dǎo)軌U型槽槽口側(cè)邊；滑塊的前端頭在導(dǎo)軌的U型槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)和相對(duì)滑動(dòng)，滑塊后端開(kāi)有圓形通孔，曲柄的一端穿過(guò)滑塊上的圓形通孔并由螺釘固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)包括水翼、水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌、水翼連接軸、水翼限位桿、擺角調(diào)整塊；水翼采用平板翼結(jié)構(gòu)，上面開(kāi)有螺釘孔和方形槽，兩排平行布置的螺釘孔將水翼連接軸和水翼限位桿平行固定；水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌與水翼垂直并穿過(guò)水翼的方形槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌整體呈扇形結(jié)構(gòu)，前端開(kāi)有螺釘孔和圓形通孔，螺釘孔用于與豎直導(dǎo)桿固定連接，水翼連接軸穿過(guò)圓形通孔并可以在孔內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌后端開(kāi)有與圓形通孔同心的弧形孔槽，水翼限位桿穿過(guò)弧形孔槽并且可以相對(duì)滑動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水翼連接軸穿過(guò)水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌前端的圓形通孔并通過(guò)卡在兩側(cè)的軸端擋圈限制水翼連接軸的軸向位移；水翼連接軸與水翼固定連接，使水翼只能以水翼連接軸為軸線進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述水翼限位桿與水翼固定連接，將水翼的運(yùn)動(dòng)限定在水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌弧形孔槽的角度范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種水翼前向推進(jìn)效率實(shí)驗(yàn)裝置，包括浮體、步進(jìn)電機(jī)、曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。在浮體下設(shè)置并由步進(jìn)電機(jī)浮體浮在水面，水翼擺動(dòng)機(jī)構(gòu)及其水翼浸在水中。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)豎直導(dǎo)桿上下運(yùn)動(dòng)，從而使豎直導(dǎo)桿連接的水翼上下運(yùn)動(dòng)，模擬波浪作用產(chǎn)生前向推進(jìn)力，水翼擺動(dòng)導(dǎo)軌弧形孔槽對(duì)水翼限位桿的限定作用將水翼限定在一定角度內(nèi)擺動(dòng)。本發(fā)明能夠在沒(méi)有造波水池環(huán)境下方便的測(cè)試在不同波高和波頻環(huán)境下對(duì)于不同翼型不同擺角的水翼在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的前向推進(jìn)效率。
文檔編號(hào)B63B9/00GK103192951SQ20131005952
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者齊占峰, 張選明, 孫秀軍, 賈麗娟 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋技術(shù)中心