测力天平应用于AUV减阻实验研究案例

 实验目的：

哈尔滨工程大学某实验小组选取减阻效果较好的 0.3mm 沟槽，应用在 AUV 上，验证其减阻效果。

该实验在哈尔滨工程大学循环水槽进行阻力试验。如图 5.1 所示，该水槽为卧式循环水槽，该循环水槽有许多优点。与拖曳水池相比，循环水槽占地面积小，能够保水流速度、水温稳定，且其无需长时间静止水面，具有效率高的优势。同时循环水槽可以通过观察段来监测流场，观察运动姿态等。所以循环水槽非常适用于进行 AUV 阻力试验。

该水槽总长为 17 米，高 2.8 米，其中水深为 1.5 米。宽度为 1.7 米。其工作段长度为 7米。在循环水槽进行水下阻力测试时，通常通过箭杆将平面运动机构与艇体连接。平面 运动机构可以控制模型运动，便于模拟 AUV 在水下的各种运动姿态，可以通过它来预测 AUV 水下航行轨迹，以及评估 AUV 的各项性能参数。

传感器应用

本次试验，使用了上海耐创公司生产的单分力防水拉压力天平，其测量范围是0~50N。如图 （a）所示，测力天平上下为对称结构，上表面与下表面的螺纹孔用于 测力天平的固定与安装。

图b为测力天平的受力方式。如下图所示，将测力天平的受力方向与试验来流方向保持一致，即可测得 AUV 的阻力。

为验证测力天平的精准性。如下图所示，设计了一套用于标定传感器的标定架，使用滑轮与砝码组成的静态标定系统，利用标定架对测力天平进行精确标定。在加载过程中，对单轴天平的拉力和压力方向进行测试。砝码、测力天平和加载盘通过钢丝绳连接的，并通过定滑轮进行导向，通过测力天平可以实时监测标定的力值。

由于本次试验需要测得目标 AUV 的阻力，为了满足这一需求。在 AUV 内部，需要安装测力天平。在外部 AUV 模型需要与平面运动机构连接。整体连接结构如图 （f）所示。在艇体内部安装固定天平，要保证天平中心位置与模型重心位置重合，需要在艇体内部安装底板与转换件。如图（a）所示，右连接件做成 T 字结构，底部 横向结构钻孔与艇体底板用螺丝固定连接，上部纵向结构与天平连接。左侧连接件为 L 型结构，如图（b），横向结构悬臂支架连接，下部固定天平。左右连接件结构，夹住了测力天平，使其达到固定的效果，更好的完成测力工作。

AUV模型连接图

AUV水下状态

测试数据对比

结论：

经过一系列的测试与力值分析，与光滑艇体相比，具有沟槽表面的艇体延缓了埋首现象。对于此现象，可以认为在复杂的来流环境下，沟槽减阻技术可以缓解航行器的姿态失稳。结合试验水池设施，确定阻力测试方法，研究艇体支撑结构和传感器的连接方 式，减少对艇体阻力和流场测试的影响，开展艇体阻力性能测试技术研究，检验沟槽表面的减阻效果。通过试验的方法，验证沟槽减阻的可行性。

上海耐创测试技术有限公司的各种传感器，在许多高校实验室都有应用，我们可以为各种工况订制不同的传感器以满足不同试验的需求。