水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型的驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，適用于采用吊艙(舵槳)的艦船或水下潛器模型推進(jìn)性能試驗(yàn)，包括驅(qū)動(dòng)模塊、測(cè)量模塊和傳輸模塊。驅(qū)動(dòng)模塊采用高功率密度、可工作于水下環(huán)境的高效直流電機(jī)，轉(zhuǎn)速控制精度要求高；電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸連接測(cè)量模塊。測(cè)量模塊另一端連接螺旋槳，測(cè)量模塊的應(yīng)變片微應(yīng)變直接反映螺旋槳的性能特征，消除了密封圈、齒輪等部件摩擦的影響；傳輸模塊通過非接觸耦合方式傳輸信號(hào)和測(cè)量模塊的應(yīng)變片全橋線路的輸入電壓。本發(fā)明的技術(shù)方案結(jié)構(gòu)精巧、設(shè)計(jì)緊湊，能夠滿足新穎外形吊艙推進(jìn)器的模型試驗(yàn)要求。
【專利說明】水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型，具體涉及水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型的驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]吊艙推進(jìn)器是一種集推進(jìn)和操縱功能于一體的新型艦船推進(jìn)裝置，通過位于艙體中的電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳從而推動(dòng)艦船運(yùn)動(dòng)，吊艙推進(jìn)器可以整體繞豎直軸旋轉(zhuǎn)360°，控制船舶的操縱性能。
[0003]吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力性能模型試驗(yàn)往往采用垂直傳動(dòng)軸加直角齒輪驅(qū)動(dòng)螺旋槳的方式，結(jié)合推力、扭矩動(dòng)力儀測(cè)量推進(jìn)器水動(dòng)力特性，通過滑環(huán)傳輸測(cè)試數(shù)據(jù)。這類測(cè)試裝置的傳動(dòng)軸與槳軸的位置和角度都已固化，一些新穎外形的吊艙推進(jìn)器模型由于尺度的限制無法采用這類測(cè)試裝置進(jìn)行試驗(yàn)。采用新穎外形吊艙推進(jìn)器的艦船越來越多，試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)上的缺陷使得這類艦船無法開展模型試驗(yàn)，影響了這類艦船的水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)。
[0004]發(fā)明專利內(nèi)容
[0005]本發(fā)明專利的目的在于提供一種新型吊艙推進(jìn)模型驅(qū)動(dòng)動(dòng)力及水動(dòng)力測(cè)量儀器，用于水下吊艙(舵槳、潛器)推進(jìn)裝置模型的驅(qū)動(dòng)及其推力、扭矩的測(cè)量以及數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)臏y(cè)試系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明是技術(shù)方案據(jù)以如下:
[0007]水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，適用于采用吊艙(舵槳)的艦船或水下潛器的模型推進(jìn)試驗(yàn)中為水下吊艙(舵槳)或潛器推進(jìn)裝置的模型提供集直接的驅(qū)動(dòng)模式、無摩擦的推力扭矩測(cè)量手段以及非接觸耦合式數(shù)據(jù)傳輸于一體的測(cè)試系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)模塊、推力扭矩測(cè)量模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊提供推進(jìn)器動(dòng)力輸入，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量推進(jìn)器產(chǎn)生的推力、扭矩應(yīng)變信號(hào)，所述傳輸模塊給測(cè)量模塊提供電源，同時(shí)接受測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)。
[0008]優(yōu)選的:所述驅(qū)動(dòng)模塊采用高功率密度、可工作于水下環(huán)境的高效永磁直流電機(jī)，所述電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳。
[0009]優(yōu)選的:所述測(cè)量模塊一端連接電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸，另一端連接螺旋槳。
[0010]優(yōu)選的:所述傳輸模塊采用非接觸耦合方式。
[0011 ] 優(yōu)選的:所述驅(qū)動(dòng)模塊的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸通過接口與所述測(cè)量模塊相連，所述電機(jī)殼體設(shè)計(jì)有縱向和周向定位結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選的:所述測(cè)量模塊應(yīng)變片全橋線路的輸入電壓通過所述傳輸模塊的非接觸耦合方式提供，所述應(yīng)變片的微應(yīng)變信號(hào)經(jīng)過放大器處理輸入到所述傳輸模塊的調(diào)制線路，所述應(yīng)變片直接測(cè)量推進(jìn)器的推力、扭矩。
[0013]優(yōu)選的:所述傳輸模塊將旋轉(zhuǎn)部件中的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦潭ú考?，耦合線路固定部分與電機(jī)端部的接口相連，旋轉(zhuǎn)部分與測(cè)量模塊相連。
[0014]優(yōu)選的:所述傳輸模塊一方面通過非接觸耦合方式給測(cè)量模塊的應(yīng)變片全橋線路提供輸入電壓，另一方面接受所述測(cè)量模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明專利由于采用了上述技術(shù)，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)是:
[0016](I)通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器，取消了傳統(tǒng)動(dòng)力儀垂直傳動(dòng)軸和齒輪箱，消除了垂直傳動(dòng)軸、齒輪箱角度位置對(duì)吊艙推進(jìn)器模型外形的限制，適用性更廣，各種新穎外形的吊艙推進(jìn)器(舵槳、潛器)都可以采用該技術(shù)進(jìn)行模型推進(jìn)試驗(yàn)；
[0017](2)測(cè)量模塊直接和推進(jìn)器連接，消除了密封圈、齒輪等機(jī)構(gòu)的摩擦影響，推力、扭矩測(cè)量值直接反映了推進(jìn)器的性能；
[0018](3)傳輸模塊采用非接觸耦合技術(shù)，一方面可以向應(yīng)變片全橋線路提供電源，另一方面可以接受測(cè)量模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)，較傳統(tǒng)的滑環(huán)方式更高效、節(jié)省空間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)功能模塊示意圖；
[0020]圖2是水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明實(shí)施中技術(shù)方案的具體描述。
[0022]圖1為水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，包括三大模塊:推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)模塊1、推力扭矩測(cè)量模塊2、數(shù)據(jù)傳輸模塊3。驅(qū)動(dòng)模塊I提供推進(jìn)器動(dòng)力輸入，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。測(cè)量模塊2實(shí)時(shí)測(cè)量推進(jìn)器產(chǎn)生的推力、扭矩應(yīng)變信號(hào)。傳輸模塊3通過非接觸耦合方式給測(cè)量模塊2提供電源，同時(shí)接受測(cè)量模塊2的數(shù)據(jù)，通過非接觸耦合方式傳輸數(shù)據(jù)。
[0023]并結(jié)合如圖2中所示，驅(qū)動(dòng)模塊1，包括高功率密度、可水下使用的高性能電機(jī)4。電機(jī)4由殼體5、端蓋6、線圈繞組定子7、磁極8、電機(jī)軸9以及與測(cè)量模塊和傳輸模塊的接口組成。電機(jī)4整體進(jìn)行防水處理。電機(jī)殼體5與電機(jī)定子7緊密嵌套在一起，前后端蓋通過推力軸承將電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸所承受的力傳遞到殼體5，殼體5有與吊艙模型定位的卡銷，保證電機(jī)在吊艙模型內(nèi)縱向及周向位置固定，準(zhǔn)確、有效傳遞推進(jìn)器的受力特征。電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸與磁極固定在一起。
[0024]電機(jī)4端部有與測(cè)量模塊2和傳輸模塊3連接的接口。電機(jī)4有電源線與直流電源相連，有數(shù)據(jù)線與驅(qū)動(dòng)器相連。電機(jī)4轉(zhuǎn)速的測(cè)量，是利用電機(jī)4旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測(cè)量，將旋轉(zhuǎn)軸上測(cè)速齒與傳感器間距的變化轉(zhuǎn)換為輸出電平信號(hào)的高低變化，進(jìn)而通過對(duì)電平進(jìn)行計(jì)算，得到電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。并在顯示板上監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)速。測(cè)試過程中電機(jī)4的轉(zhuǎn)速按試驗(yàn)要求通過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行調(diào)整。
[0025]驅(qū)動(dòng)模塊I的電機(jī)4，功率密度較普通電機(jī)高6倍以上，可工作于水下環(huán)境，通過電源線連接直流電源，通過編碼器調(diào)節(jié)電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速精度在±lrpm范圍內(nèi)。電機(jī)系統(tǒng)選用了永磁直流無刷電機(jī)，動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用正弦波控制方式；采用具有更小的齒槽轉(zhuǎn)矩和更接近正弦波的反電勢(shì)波形，提高功率密度和轉(zhuǎn)速精度。
[0026]上述電機(jī)4外形尺度控制在吊艙模型能夠包絡(luò)的范圍內(nèi)。電機(jī)4的驅(qū)動(dòng)器可以無級(jí)調(diào)速，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)速功能。
[0027]電機(jī)4殼體5承受吊艙推進(jìn)器的所有受力。螺旋槳產(chǎn)生的力作用于電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸通過推力軸承將力傳遞到殼體5，推進(jìn)器其他部件受力直接作用于電機(jī)殼體5。電機(jī)4整體被包裹在吊艙推進(jìn)器模型之中，
[0028]測(cè)量模塊2包括推進(jìn)器推力、扭矩的測(cè)量。推力、扭矩的測(cè)量是利用應(yīng)變片微應(yīng)變傳感器組成的全橋電路，將推力、扭矩引起的微應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)，通過信號(hào)放大器放大后，與傳輸模塊的調(diào)制電路相連，將測(cè)量數(shù)據(jù)采集記錄。傳感器的全橋電路由傳輸模塊3通過非接觸耦合方式提供輸入電壓。
[0029]應(yīng)變片、全橋電路、調(diào)制線路密封在空腔10內(nèi)，有水密性要求。測(cè)量模塊2 —端通過法蘭與驅(qū)動(dòng)模塊I電機(jī)4旋轉(zhuǎn)軸的接口相連，另一端連接螺旋槳，螺旋槳的縱向位置通過端部的螺絲定位，周向位置通過軸上的鍵進(jìn)行定位。
[0030]應(yīng)變片、全橋線路、整形調(diào)理及放大器的電源由傳輸模塊3的耦合電源提供。推力傳感器能夠測(cè)量沿槳軸的拉力/壓力，扭矩傳感器可以測(cè)量繞槳軸正向或反向的扭矩。全橋線路與傳輸模塊3的旋轉(zhuǎn)部分連接，一方面利用傳輸模塊3的耦合電源驅(qū)動(dòng)測(cè)量模塊工作，另一方面，接受測(cè)量模塊推力、扭矩測(cè)量信號(hào)。測(cè)量模塊2直接和螺旋槳相連接，消除了密封圈、齒輪等機(jī)構(gòu)的摩擦影響，測(cè)量數(shù)據(jù)更加可靠。
[0031]傳輸模塊3 —端與旋轉(zhuǎn)的測(cè)量模塊相連，和測(cè)量模塊2 —起旋轉(zhuǎn)，另一端與電機(jī)4端部的接口相連，和電機(jī)4外殼固定在一起。傳輸模塊3通過非接觸耦合方式給測(cè)量模塊2提供電壓輸入。應(yīng)變片微應(yīng)變的電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)制后，以一定的頻率從旋轉(zhuǎn)部分11傳輸?shù)椒墙佑|耦合傳輸模塊的固定部分12，從固定部分12通過數(shù)據(jù)線連接到解碼器，再連接數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)。
[0032]傳輸模塊3采用非接觸式耦合傳輸方式，傳輸模塊3 —方面向測(cè)量模塊中應(yīng)變片、全橋線路提供電源，另一方面，采集、傳輸測(cè)量模塊2的測(cè)試數(shù)據(jù)。優(yōu)選傳輸模塊3有2個(gè)全橋傳感器通道和I個(gè)提供電源的電壓監(jiān)控通道。電源通過傳輸模塊3旋轉(zhuǎn)和固定線圈耦合產(chǎn)生。
[0033]傳輸模塊3旋轉(zhuǎn)部分與測(cè)量模塊2相連，傳輸模塊3的數(shù)據(jù)處理線路密封在測(cè)量模塊2的空腔10中。環(huán)形數(shù)據(jù)接受端固定部分12安裝在電機(jī)4端部的專門接口上，應(yīng)變信號(hào)經(jīng)過調(diào)制放大之后，以載波的形式通過非接觸耦合方式傳輸?shù)焦潭ǖ脑陔姍C(jī)4端部的接受裝置，再通過數(shù)據(jù)線連接到相應(yīng)的終端設(shè)備，完成數(shù)據(jù)的采集。
[0034]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的專業(yè)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述說明的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:適用于采用吊艙(舵槳)的艦船或水下潛器的模型推進(jìn)試驗(yàn)中為水下吊艙(舵槳)或潛器推進(jìn)裝置的模型提供集直接的驅(qū)動(dòng)模式、無摩擦的推力扭矩測(cè)量手段以及非接觸耦合式數(shù)據(jù)傳輸于一體的測(cè)試系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)模塊、推力扭矩測(cè)量模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊提供推進(jìn)器動(dòng)力輸入，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述測(cè)量模塊實(shí)時(shí)測(cè)量推進(jìn)器產(chǎn)生的推力、扭矩應(yīng)變信號(hào)，所述傳輸模塊給測(cè)量模塊提供電源，同時(shí)接受測(cè)量模塊的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)模塊采用高功率密度、可工作于水下環(huán)境的高效永磁直流電機(jī)，所述電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)量模塊一端連接電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸，另一端連接螺旋槳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述傳輸模塊采用非接觸耦合方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)模塊的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸通過接口與所述測(cè)量模塊相連，所述電機(jī)殼體設(shè)計(jì)有縱向和周向定位結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)量模塊應(yīng)變片全橋線路的輸入電壓通過所述傳輸模塊的非接觸耦合方式提供，所述應(yīng)變片的微應(yīng)變信號(hào)經(jīng)過放大器處理輸入到所述傳輸模塊的調(diào)制線路，所述應(yīng)變片直接測(cè)量推進(jìn)器的推力、扭矩。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述傳輸模塊將旋轉(zhuǎn)部件中的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦潭ú考?，耦合線路固定部分與電機(jī)端部的接口相連，旋轉(zhuǎn)部分與測(cè)量模塊相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述水下吊艙(舵槳)推進(jìn)裝置模型驅(qū)動(dòng)及推力、扭矩測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述傳輸模塊一方面通過非接觸耦合方式給測(cè)量模塊的應(yīng)變片全橋線路提供輸入電壓，另一方面接受所述測(cè)量模塊的測(cè)試數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01M15/00GK104443337SQ201410728908
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】沈興榮, 衛(wèi)燕清, 楊素軍, 范佘明, 孫群 申請(qǐng)人:中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七〇八研究所