[发明专利]一种自推进状态下柔性板净自推力的测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种自推进状态下柔性板净自推力的测量装置及测量方法，属于水下装置的自推力测量技术领域，包括测力时相连接的测力单元和柔性板推力产生单元，所述测力单元包括一端固定的测力部，所述柔性板推力产生单元包括可往复摆动的柔性板，所述柔性板沉浸在处于流动状态的液体中，所述柔性板上固定设有传力杆，所述传力杆与所述测力部的另一端相连接或相脱离，通过调节柔性板的摆动频率和/或液体的流速，使柔性板在一定的区域内处于周期平衡状态，此时在一个周期内柔性板产生的平均推力和液体的平均阻力大小相等，保持此时的液体流速以及柔性板的摆动频率，将柔性板与测力传感器连接即可测出柔性板的净自推力变化曲线，此种方法简单可行。

技术领域

本发明涉及水下装置的自推力测量技术领域，特别是涉及一种自推进状态下柔性板净自推力的测量装置及测量方法。

背景技术

目前，水下机器人已在海洋领域得到广泛的应用，如申请号为201810436252.7的发明专利和申请号为201811376668.0的发明专利，其均采用推进器对水下机器人提供推动力，尽管这种推进技术被证实是可靠的，但这种推进方式下的水下机器人所进行的运动不是自推进运动，对于经历亿万年自然选择的鱼类等水生生物，它们已进化出了多样的外形和各具特色的运动能力，具有高推进效率、高机动性、完善的流体性能、低噪声、好的隐身性等，均是目前的水下机器人所无法比拟的。虽然目前在理解鱼类波动推进机制方面已经取得了很大的进展，但由于无法控制和精确改变单个参数，如振荡频率、身体形状和身体刚度，以及难以测量自由游动鱼类所受的力，极大地阻碍了我们理解水生系统波动运动模式下的基本力学能力，故本发明提供了一种自推进状态下柔性板的净自推力测量装置及测量方法，用于测量柔性板在平衡状态下的净自推力变化曲线，对研究水生系统波动运动模式下的受力状况提供有效的参考资料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷和不足，提供一种自推进状态下柔性板净自推力的测量装置及测量方法，通过柔性板的往复摆动产生推力使其在液体中移动，调整柔性板往复摆动的频率和/或液体的流速，使柔性板在一定的区域内处于周期平衡状态，此时在一个周期内柔性板产生的平均推力和液体对柔性板产生的平均阻力大小相等，保持此时的液体流速以及柔性板的摆动频率，并将柔性板与测力传感器连接即可测出柔性板此时的净自推力变化曲线，此种测量方法简单、可行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种自推进状态下柔性板净自推力的测量装置，包括测力时相连接的测力单元和柔性板推力产生单元，所述测力单元包括一端固定的测力部，所述柔性板推力产生单元包括可往复摆动的柔性板，所述柔性板沉浸在处于流动状态的液体中，所述柔性板上固定设有传力杆，所述传力杆与所述测力部的另一端相连接或相脱离；

优选地，所述测力部包括位置可移动的固定支架和与所述固定支架固定连接的第一连接杆，所述第一连接杆上设有测力传感器，所述传力杆与所述第一连接杆的另一端相连接或相脱离；

优选地，所述传力杆上设有驱动所述传力杆往复摆动的驱动机构，所述驱动机构包括在一定角度范围内周期性正反转的驱动电机，所述驱动电机的一端与所述传力杆固定连接，另一端与滑轨滑动连接，所述滑轨的延伸方向与所述柔性板的前进或后退的方向相同，所述驱动电机远离所述传力杆的一端与所述第一连接杆相连接或相脱离；

优选地，所述滑轨上滑动设有空气轴承，所述空气轴承与所述驱动电机固定连接，所述空气轴承远离所述驱动电机的一端与所述第一连接杆相连接或相脱离；

优选地，所述驱动电机为在一定角度范围内周期性正反转的艏摇电机，所述艏摇电机设置在所述传力杆远离所述柔性板的一端，所述艏摇电机的一端与所述传力杆传动连接，所述艏摇电机的另一端通过第一连接板与所述空气轴承固定连接，所述第一连接板与所述第一连接杆相连接或相脱离；