一种水下拖曳试验装置

摘要

一种水下拖曳试验装置，其属于海洋工程、潜航器运载与探测工程领域。这种试验装置由拖车、下沉平台、拖带和被测试拖体组成，能够在拖曳水池中，模拟不同水深定位、不同运动速度、不同组合方式的拖带试验工况，对串联组合的水下深潜器进行多种性能测试试验，包括提供深潜器水下航行稳定性试验、载荷敏感性试验、声学探测试验和电磁兼容特性探测等功能试验，模型试验将为水下深潜器设计优化提供科学依据。拖带具有灵活、方便的调节拖体埋深功能；月池和下沉平台为操作人员提供更加便利的试验观测与试验作业；拖车外伸平台和吊车为试验过程中设备安装、水下拖体的布放提供便利性；撬装测试室和配电室为试验提供了便捷组合性。

权利要求

1.一种水下拖曳试验装置，它包括水池（1）、拖车（2）、下沉平台（3）、拖带（4）和拖体（5），拖车（2）设置在水池（1）的顶部；

所述拖车（2）包含作业平台（20）、吊车（21）、围栏（22）、救生圈（23）、测控室（24）、配电室（25）和总线端口（26），作业平台（20）上设置轨道槽（20d），吊车（21）的底部设置轮式机构，吊车（21）通过轮式机构卡入轨道槽（20d）连接作业平台（20），作业平台（20）的周边设置围栏（22），救生圈（23）挂靠在围栏（22）上，测控室（24）、配电室（25）和总线端口（26）设置在作业平台（20）的台面上，作业平台（20）上开设月池（20b），拖车（2）通过作业平台（20）滑动连接水池（1）；

所述下沉平台（3）包含L型导梁（30）、立板（31）、平板（32）、栏杆（33）和步梯（34），L型导梁（30）的顶部固定连接作业平台（20）的底面，立板（31）和平板（32）固定连接成U型结构，U型结构滚动连接L型导梁（30），平板（32）的两个侧边设置栏杆（33），立板（31 ）的内侧设置步梯（34）；

所述拖带（4）包含纵向导向杆（40）、垂向导向杆（41）和滑块（42），滑块（42）上设置纵向导孔（42f）和垂向导孔（42e），滑块（42）通过纵向导孔（42f）连接纵向导向杆（40），通过垂向导孔（42e）连接垂向导向杆（41），纵向导向杆（40）与月池（20b）卡扣连接，纵向导向杆（40）的两端分别设置吊槽（40b），垂向导向杆（41）的上端设置吊耳（41c），下端连接拖杆（41d）；

所述拖体（5）包含椭球型拖体（50）、箱型拖体（51）、圆锥型拖体（52）、牵缆（53）和拖缆（54），椭球型拖体（50）通过牵缆（53）连接拖杆（41d），通过拖缆（54）依次连接箱型拖体（51）和圆锥型拖体（52）；

所述水池（1）是由池壁（11）、底座（12）和轨道（13）固定连接构成的立方体，底座（12）设置在池壁（11）的顶部，底座（12）的顶部设置轨道（13），作业平台（20）的底面四端设置拖车导轮（20e），拖车导轮（20e）滑扣在轨道（13）上；

所述作业平台（20）上设置外伸平台（20a），外伸平台（20a）的周边设置围栏（22），月池（20b）的两端对称设置池口槽(20c)，纵向导向杆（40）的两端卡扣在池口槽(20c)上，作业平台（20）设置外伸平台（20a）的部分设置轨道槽（20d）；

所述吊车（21）包含基座（21a）、立柱（21b）、吊臂（21c）、吊臂导轨（21d）、限位器（21e）、电葫芦（21f）和配重块（21g），基座（21a）的底部设置轮式机构，基座（21a）通过轮式机构连接轨道槽（20d），基座（21a）的上端连接立柱（21b），立柱（21b）的上端活动连接吊臂（21c），吊臂（21c）的一端连接限位器(21e)，另一端连接配重块(21g)，吊臂（21c）上设置吊臂导轨（21d），电葫芦（21f）挂扣在吊臂导轨（21d）上；

两个L型导梁（30）对称的连接作业平台（20）的底面，L型导梁（30）的长度大于月池（20b）的宽度，L型导梁（30）的两端设置凸台（30a），立板（31）的外侧上部设置平台导轮（31a），立板（31）通过平台导轮（31a）滑动连接L型导梁（30）；

所述拖杆（41d）的下端连接拖板（41e），拖板（41e）上设置拖孔(41f)，牵缆（53）绕过拖孔（41f）连接椭球型拖体（50）；

所述测控室（24）和配电室（25）是撬式单元结构，分别设置在作业平台（20）的对角位置；

所述拖杆（41d）和拖板（41e）的截面边线呈流线型；

其特征是：所述滑块（42）的顶部开设导销孔（42d），纵向导向杆（40）的对应位置开设销槽（40a），滑块（42）通过销子（43）插入导销孔（42d）和销槽（40a）固定纵向导向杆（40），滑块（42）的底部对称的设置两个可绕转轴（42b）自由摆动的卡爪（42a），垂向导向杆（41）的两侧设置卡槽（41a），滑块（42）通过卡爪（42a）卡入卡槽（41a）固定垂向导向杆（41），卡爪（42a）与卡槽（41a）采用静摩擦角配合，垂向导向杆（41）的中部设置垂向导槽(41b)，垂向导槽(41b)的两侧设置刻度线（41g），导槽杆（42c）固定连接在垂向导孔（42e）内，导槽杆（42c）与垂向导槽（41b）滑动连接。

说明书

一种水下拖曳试验装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水下拖曳试验装置，其属于海洋工程、潜航器运载与探测工程领域。

背景技术

[0002] 海洋水文观测、深海探测和海底矿藏资源开发，以及海洋安全保护等都需要研制各种类型和用途的水下航行器，水下潜航器的工作方式有单体作业或多体协同作业，多个
水下潜航器协同作业的方式通常有并行或串行拖曳，更常见的方式是串行拖曳作业方式，
因此研究在多个水下潜航器串行拖曳作业过程中，不同类型潜航器的运动特性、声纳探测
性能等需要通过相关模型试验给予验证。本发明装置就是针对上述问题而提出的一种新型
水下拖曳试验装置。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种水下拖曳试验装置，本试验装置应在拖曳水池中模拟不同水深定位、不同运动速度、不同组合方式的拖带试验工况，对串
联组合的水下深潜器进行航行稳定性试验、航行姿态控制试验、牵引力与牵引角度组合试
验、载荷敏感性试验、环境噪声试验、声学探测试验和电磁兼容特性探测试验。

[0004] 本发明采用的技术方案是：一种水下拖曳试验装置，这种水下拖曳试验装置包括水池、拖车、下沉平台、拖带和拖体，拖车设置在水池的顶部。

[0005] 所述拖车包含作业平台、吊车、围栏、救生圈、测控室、配电室和总线端口，作业平台上设置轨道槽，吊车的底部设置轮式机构，吊车通过轮式机构卡入轨道槽连接作业平台，
作业平台的周边设置围栏，救生圈挂靠在围栏上，测控室、配电室和总线端口设置在作业平
台的台面上，作业平台上开设月池，拖车通过作业平台滑动连接水池。

[0006] 所述下沉平台包含L型导梁、立板、平板、栏杆和步梯，L型导梁的顶部固定连接作业平台的底面，立板和平板固定连接成U型结构，U型结构滚动连接L型导梁，平板的两个侧
边设置栏杆，立板的内侧设置步梯。

[0007] 所述拖带包含纵向导向杆、垂向导向杆和滑块，滑块上设置纵向导孔和垂向导孔，滑块通过纵向导孔连接纵向导向杆，通过垂向导孔连接垂向导向杆，纵向导向杆与月池卡
扣连接，纵向导向杆的两端分别设置吊槽，垂向导向杆的上端设置吊耳，下端连接拖杆。

[0008] 所述拖体包含椭球型拖体、箱型拖体、圆锥型拖体、牵缆和拖缆，椭球型拖体通过牵缆连接拖杆，通过拖缆依次连接箱型拖体和圆锥型拖体。

[0009] 所述水池是由池壁、底座和轨道固定连接构成的立方体，底座设置在池壁的顶部，底座的顶部设置轨道，作业平台的底面四端设置拖车导轮，拖车导轮滑扣在轨道上。

[0010] 所述作业平台上设置外伸平台，外伸平台的周边设置围栏，月池的两端对称设置池口槽，纵向导向杆的两端卡扣在池口槽上，作业平台设置外伸平台的部分设置轨道槽。

[0011] 所述吊车由基座、立柱、吊臂、吊臂导轨、限位器、电葫芦和配重块组成，基座的底部设置轮式机构，基座通过轮式机构连接轨道槽，基座的上端连接立柱，立柱的上端活动连
接吊臂，吊臂的一端连接限位器，另一端连接配重块，吊臂上设置吊臂导轨，电葫芦挂扣在
吊臂导轨上。

[0012] 两个L型导梁对称的连接作业平台的底面，L型导梁的长度大于月池的宽度，L型导梁的两端设置凸台，立板的外侧上部设置平台导轮，立板通过平台导轮滑动连接L型导梁。

[0013] 所述滑块的顶部开设导销孔，纵向导向杆的对应位置开设销槽，滑块通过销子插入导销孔和销槽固定纵向导向杆，滑块的底部对称的设置两个可绕转轴自由摆动的卡爪，
垂向导向杆的两侧设置卡槽，滑块通过卡爪卡入卡槽固定垂向导向杆，卡爪与卡槽采用静
摩擦角配合，垂向导向杆的中部设置垂向导槽，垂向导槽的两侧设置刻度线，导槽杆固定连
接在垂向导孔内，导槽杆与垂向导槽滑动连接。

[0014] 所述拖杆的下端连接拖板，拖板上设置拖孔，牵缆绕过拖孔连接椭球型拖体。

[0015] 所述测控室和配电室是撬式单元结构，分别设置在作业平台的对角位置。

[0016] 所述拖杆和拖板的截面边线呈流线型。

[0017] 本发明的有益效果是：这种水下拖曳实验装置包括水池、拖车、下沉平台、拖带和被测试拖体，结构简单、使用方便、维护便利且具有可靠性高等特点。拖带具有灵活、方便的
调节拖体埋深功能。月池和下沉平台为操作人员提供更加便利的试验观测与试验作业。拖
车外伸平台和自带吊车为试验过程中设备安装、水下拖体的布放提供便利性。撬装测试室
和配电室，以及标准化的总线端口为试验提供了便捷组合性。本试验装置能够在拖曳水池
中模拟不同水深定位、不同运动速度、不同组合方式的拖带试验工况，串联组合的水下深潜
器具有航行稳定性试验、航行姿态控制试验、牵引力与牵引角度组合试验、载荷敏感性试
验、环境噪声试验、声学探测试验和电磁兼容特性探测试验等功能。通过模型试验验证为水
下深潜器设计优化提供科学依据，提高设计效率，节约研发成本，为工程装备研制提供可靠
保障。

附图说明

[0018] 图1是水下拖曳试验装置的立体图。

[0019] 图2是水下拖曳试验装置的俯视图。

[0020] 图3是水下拖曳试验装置的正视图。

[0021] 图4是水下拖曳试验装置的左视图。

[0022] 图5是下沉平台的立体图。

[0023] 图6是拖带的立体图。

[0024] 图7是图6中的A‑A剖面图。

[0025] 图8是图6中M的局部放大图。

[0026] 图9是滑块的立体图。

[0027] 图10是图9中的N向视图。

[0028] 图中：1、水池，2、拖车，3、下沉平台，4、拖带，5、拖体，6、坐标系，10、水面，11、池壁，12、底座，13、轨道，20、作业平台，20a、外伸平台，20b、月池，20c、池口槽，20d、轨道槽，20e、
拖车导轮，21、吊车，21a、基座，21b、立柱，21c、吊臂，21d、吊臂导轨，21e、限位器，21f、电葫
芦，21g、配重块，22、围栏，23、救生圈，24、测控室，25、配电室，26、总线端口，30、L型导梁，
30a、凸台，31、立板，31a、平台导轮，32、平板，33、栏杆，34、步梯，40、纵向导向杆，40a、销槽，
40b、吊槽，41、垂向导向杆，41a、卡槽，41b、垂向导槽，41c、吊耳，41d、拖杆，41e、拖板，41f、
拖孔，41g、刻度线，42、滑块，42a、卡爪，42b、转轴，42c、导槽杆，42d、导销孔，42e、垂向导孔，
42f、纵向导孔，43、销子，50、椭球型拖体，51、箱型拖体，52、圆锥形拖体，53、牵缆，54、拖缆。

具体实施方式

[0029] 以下参照附图对本发明的装置做进一步描述。

[0030] 如图1所示，这种水下拖曳试验装置由水池1、拖车2、下沉平台3、拖带4和拖体5等部分组成。坐标系6是水下拖曳试验装置的参考坐标系，纵向X表示拖车2前进方向、横向Y表
示水池1宽度方向、垂向Z表示水池1水深高度方向。水池1是YZ截面为等矩形的沿X方向延伸
的规则立方体，其主要由池壁11、底座12、轨道13等组成，水池1里充满一定高度的淡水，试
验初始状态水面10为静态，水面10高度根据特定试验工况调整吃水水位。底座12坐落在池
壁11上端，轨道13坐落在底座12上面，池壁11、底座12和轨道13结构固定连接，两条轨道13
平直、平行且在统一水平面上。轨道13是承载拖车2行走的基础和导向。水面10下面放置零
浮力拖体5。

[0031] 如图1、2、3、4所示，拖车2是水下拖曳试验装置的运动载体，它由作业平台20、外伸平台20a、月池20b、池口槽20c、轨道槽20d、拖车导轮20e、吊车21、围栏22、救生圈23、测控室
24、配电室25和总线端口26等构件或单元组成。方形水平作业平台20下表面四端部连接拖
车导轮20e，拖车导轮20e在轨道13面上沿X方向前后滚动行进。作业平台20连接一个外伸平
台20a，其作用是扩大吊车21和试验人员操作空间和便利性。在作业平台20和外伸平台20a
上表面周边安装有围栏22，救生圈23挂靠在围栏22上，围栏22和救生圈23起到安全防护和
应急救生作用。在作业平台20中间位置开设月池20b，用于连接下沉平台3、安装拖带4和布
放拖带4等，同时也方便试验过程的观察和数值测量。在X方向的月池20b两端中间对称位置
有池口槽20c，其用于放置拖带4中的纵向导向杆40。在作业平台20和外伸平台20a上表面设
置轨道槽20d，两条轨道槽20d沿X方向平行布置，轨道槽20d支撑吊车21行走。电动吊车21由
基座21a、立柱21b、吊臂21c、吊臂导轨21d、限位器21e、电葫芦21f、配重块21g等构件组成，
其主要用于吊装拖体5和拖带4，以及辅助试验仪器设备布置和撬装件移位等。基座21a下端
安装轮式，其在轨道槽20d中行走。基座21a上端垂直连接立柱21b，立柱21b上端水平连接吊
臂21c，吊臂21c可以360度旋转作业。限位器21e和配重块21g分别安装在吊臂21c两端。电葫
芦21f挂在吊臂21c的吊臂导轨21d上，并沿吊臂导轨21d行走，电葫芦21f运动轨迹可以覆盖
月池20b及周边。测控室24和配电室25是撬式单元结构，分别安放在作业平台20对角位置，
也可以根据试验工况需要适当调整安放位置。测控室24用于试验过程中的数据采集、分析
与传输，配电室25用于提供拖车2、吊车21和试验仪器设备动力供电。在作业平台20上下表
面预置了多个电源及数据采集总线端口26，其方便吊车21、测控室24、配电室25和拖带4总
线端口26对接，同时也方便操作人员就近连接使用。

[0032] 如图1、3、4、5所示，下沉平台3由两个立板31和平板32固定连接成的U型结构（Y方向），以及L型导梁30、凸台30a、平台导轮31a、栏杆33、步梯34等构件组成，其放置在作业平
台20下方的月池20b里，下沉平台3是拖车2的辅助单元，用于在试验测试中人员及仪器能够
更加接近拖体5等被测试物。两个L型导梁30沿Y方向平行且对称连接在作业平台20下表面，
其长度覆盖月池20b宽度（Y方向）且适当延长，并满足当下沉平台3移动到两端时，不影响月
池20b在 Z方向空间内操作。上述U型结构高度要满足人员操作要求，其底部要高出水面10
并留出水波拍击高度余量，在上述U型结构中的平板32两侧边安装栏杆33，在两个立板31内
侧分别设置人行步梯34，在两个立板31外侧上方分别连接平台导轮31a，平台导轮31a具有
自锁功能，可以在L型导梁30上滚动，从而带动下沉平台3沿Y方向移动。L型导梁30两端设置
凸台30a，防止下沉平台3脱轨。

[0033] 如图1、2、4、6、7、8、9、10所示，拖带4由纵向导向杆40、销槽40a、吊槽40b、垂向导向杆41、卡槽41a、垂向导槽41b、吊耳41c、拖杆41d、拖板41e、拖孔41f、刻度线41g、滑块42、卡
爪42a、转轴42b、导槽杆42c、导销孔42d、垂向导孔42e、纵向导孔42f和销子43等构件或属性
构成。矩形滑块42是拖带4的关键连接节点结构，滑块42在X、Z方向分别开设纵向导孔42f和
垂向导孔42e，纵向导向杆40和垂向导向杆41分别穿过纵向导孔42f和垂向导孔42e，这样形
成了十字型杆件结构。滑块42上端开设导销孔42d，滑块42下端对称连接两个卡爪42a，卡爪
42a可以绕转轴42b自由摆动。纵向导向杆40两端放置在月池20b边缘的池口槽20c里，这样
当拖车2运动时，拖带4也就随之运动。在纵向导向杆40上面等距开设若干个销槽40a，销子
43可以穿过导销孔42d落在销槽40a里，这样就能设置滑块42在X方向的确定位置。在纵向导
向杆40两端分别有吊槽40b，其方便吊车21对拖带4的吊装操作。在垂向导向杆41上开设卡
槽41a（水平对称开设）、垂向导槽41b、刻度线41g（在垂向导槽41b两侧水平对称位置），导槽
杆42c固定连接在垂向导孔42e内，并在垂向导槽41b里滑动，这样垂向导向杆41就能在滑块
42的垂向导孔42e内垂向移动。刻度线41g用于确定垂向导向杆41与滑块42的相对位置，当
两个卡爪42a分别卡入对应的卡槽41a里时，垂向导向杆41就与滑块42紧密连接。卡爪42a与
卡槽41a是静摩擦角配合，在有垂向力作用时，卡爪42a不会自行脱开；当有外力提升垂向导
向杆41时，卡爪42a可以脱离卡槽41a，这样就方便垂向导向杆41安装或调整其高度位置。垂
向导向杆41上端连接吊耳41c，用于吊车21吊装或调整垂向导向杆41放置位置。垂向导向杆
41下端连接横截面为椭圆的拖杆41d，拖板41e连接在拖杆41d下端。如图7所示，拖杆41d和
拖板41e截面边线呈流线型，以减小拖曳中的水阻力。在拖板41e上规则开设了若干个拖孔
41f，用于牵引拖体5。多个拖孔41f沿Z方向布置，以及垂向导向杆41沿Z方向高度可调，可以
为不同埋深深度拖体5提供不同水深试验工况。滑块42可以沿纵向导向杆40移动调整位置，
也为拖体5试验测试提供方便。由滑块42连接起来的十字型拖带4，结构形式简洁，构件在X、
Z方向组合调整方便，结构受力合理，为水池开展水下拖曳试验提供良好保障。

[0034] 如图1、2、3、4所示，拖体5由椭球型拖体50、箱型拖体51、圆锥形拖体52、牵缆53和拖缆54等构件组成。在试验前需要对椭球型拖体50、箱型拖体51、圆锥形拖体52进行配重，
并在它们体内安装相关仪器设备，分别使它们各自的重力与浮力平衡。牵缆53和拖缆54既
是柔性连接缆绳，也是测试力感应器。椭球型拖体50、箱型拖体51、圆锥形拖体52之间采用
拖缆54连接，形成串联组合体结构。牵缆53绕过拖孔41f与椭球型拖体50连接，这样就形成
了完整的水下拖曳机构。当拖车2在水池1上沿X方向运动时，拖车2连同下沉平台3带动拖带
4运动，拖带4再牵引水下拖体5运动。拖体5可以实现多种不同形式的测试体拖体串联组合，
最前面那个拖体必须采用牵缆53与拖带4连接，其之后的多个拖体必须采用拖缆54进行连
接。