一种水下航行体螺旋桨空泡观测装置

摘要

本发明公开了一种水下航行体螺旋桨空泡观测装置，涉及旋转机械的流体力学流动观察测量领域。提出了一种可以采用普通的低速相机、不需要额外的灯具光源进行补充照明，即能获取清晰的螺旋桨空泡形态，且对水下航行体壁面流动和螺旋桨进流都不会产生任何的干扰的水下航行体螺旋桨空泡观测装置。所述螺旋桨的尾端固定连接有尾流帽2，所述尾流帽2包括透明玻璃罩7；所述空泡观测装置包括连接在透明玻璃罩7之内的相机3，所述相机3朝向螺旋桨的桨叶空化区域9、且与螺旋桨同步旋转。具有观测效果好、使用方便以及制造成本低等优点，易于实施、易于批量生产。还具有使用效果好、稳定性好以及可靠性高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及旋转机械的流体力学流动观察测量领域，尤其是一种水下航行体螺旋桨空泡观测装置。

背景技术

对于水下运动物体，螺旋桨桨叶等一旦发生空化，将严重影响螺旋桨的推进效率、噪声性能等，因此，如何对水下航行体螺旋桨空泡进行观测一直是船舶领域研究的重点和难点问题之一。

水下航行体螺旋桨属于旋转机械，工作期间处于高速旋转的状态，目前水下拍摄专用器材专用性强，成本高，体积大，很难在水下进行布置，这就严重阻碍水下航行体螺旋桨空泡观测的发展，而采用体积较小的高速相机又很难清晰获取螺旋桨桨叶的空化。

目前，对于水下航行体螺旋桨空泡的观测，主要采用两种方法，一种是将相机和光源固定在水下航行体的外侧对螺旋桨空泡进行观察。另一种方法是在航行体舱壁开设观察窗，将相机和光源布置在舱内对螺旋桨空泡进行观测。由于螺旋桨工作时处于高速旋转的状态，受太阳照射深度的影响，这两种观测方法都需要额外的大功率灯具光源进行补充照明，为防止螺旋桨高速旋转引起的拖影现象，相机则需要采用体积大、价格昂贵的高速相机。

相机外置灯具照明是拍摄时常用的设备之一，多用于光线较暗、照明不均匀的场合。光线在水中会迅速衰减，水下航行体螺旋桨空泡观测很难单纯通过自然太阳光提供充足的照明，且海水容易导电，外置连接方式的灯具不适合用于水下。即使在灯具上加上密封罩，受水下航行体外部形状的影响，灯具在水中难以固定安装。如果以吊舱的方式固定在水下航行体外部，将会改变了水下航行体的外形，进而对水下航行体的水动力性能产生某种程度的影响，而且通常情况下相机和光源等设备都是固定在螺旋桨的上游区域，这样会对推进器的进流产生影响，进而影响螺旋桨的推进效率、螺旋桨空化的产生等。同时，由于相机和光源布置在航行体外侧，很难对相机的拍摄角度和光源的照明区域进行调节。这些都给水下航行体螺旋桨空泡的观测研究带来困难。

另一种方法是将相机和光源布置在舱内，在航行体舱壁开窗。壁面开窗使航行器存在漏水的风险，给水下航行体的安全性能带来很大的隐患。同时，由于观察窗口位置固定，使得相机观察区域相对固定，这样只能对螺旋桨某些区域的空泡进行观测，限制了对螺旋桨空泡的观测范围。

对此，如何克服传统水下航行体螺旋桨的空泡观测设备的种种缺陷，在不干扰水下航行体壁面流动和螺旋桨进流的前提下，有效获取到清晰的空泡形态就成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种可以采用普通的低速相机、不需要额外的灯具光源进行补充照明，即能获取清晰的螺旋桨空泡形态，且对水下航行体壁面流动和螺旋桨进流都不会产生任何的干扰的水下航行体螺旋桨空泡观测装置。

本发明的技术方案为：所述螺旋桨的尾端固定连接有尾流帽2，所述尾流帽2包括透明玻璃罩7；

所述空泡观测装置包括安装在透明玻璃罩7之内的相机3，所述相机3朝向螺旋桨的桨叶空化区域9，所述相机通过尾流帽绕螺旋桨的轴线与其同步旋转。

所述相机3为水下红外相机。

所述尾流帽2还包括刚性连接轴1，所述透明玻璃罩7通过刚性连接轴1与螺旋桨的中心轴固定相连。

所述透明玻璃罩7上开设有用于保持内外连通的连通孔8。

所述空泡观测装置还包括配套装置，所述配套装置包括相机充电及数据传输控制系统5和水密接头10；所述相机充电及数据传输控制系统5固定连接在透明玻璃罩7之内，所述水密接头10固定连接在透明玻璃罩7外壁上；

所述水密接头10分别连接相机充电及数据传输控制系统5和相机3，所述水密接头10用于将尾流帽内部数据信息与外部设备进行交互。

所述配套装置还包括相机自动触发系统6，所述相机自动触发系统6分别连接相机充电及数据传输控制系统5和相机3，所述相机自动触发系统6用于在螺旋桨转速达到设定值时触发相机3进行拍摄。

所述配套装置还包括相机角度调节系统4，所述相机3通过相机角度调节系统4可旋转的连接在透明玻璃罩7之内。

本发明主要针对水下航行体螺旋桨空泡的观测，将相机与螺旋桨固定安装在尾流帽内部，与螺旋桨一同旋转，从而实现采用普通的低速相机就可以获取高速旋转螺旋桨产生的空泡形态，解决了以往只能采用高速相机才能获取清晰空泡形态的问题。配备的相机为水下红外相机，由于相机布置在尾流帽内部，相机距离螺旋桨位置很近，这样不需要额外的灯具光源进行补充照明，就可以获取清晰的螺旋桨空泡形态。同时，由于整个装置布置在尾流帽内部，对水下航行体壁面流动和螺旋桨进流都不会产生任何的干扰。本发明创造装置还预留有水密接头，不需要对整个设备进行拆除，就可以直接对相机进行充电和数据的导出。本发明创造装置布置在尾流帽内，不需要在航行体舱壁开设观察窗，因此不会影响水下航行器的安全性。

从整体上来说，本发明无需额外的灯具照明、选用普通的低速相机即可获取清晰的空泡形态，具有观测效果好、使用方便以及制造成本低等优点，易于实施、易于批量生产。本发明对水下航行体壁面流动和螺旋桨进流都不会产生任何的干扰，具有使用效果好、稳定性好以及可靠性高等优点。

附图说明

图1是本案的结构示意图；

图中1是刚性连接轴，2是尾流帽，3是相机，4是相机角度调节系统，5是相机充电及数据控制传输系统，6是相机自动触发系统，7是透明玻璃罩，8是连通孔，9是相机拍摄区域，10是水密接头。

具体实施方式

为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。

本发明如图1所示，所述螺旋桨的尾端固定连接有尾流帽2，尾流帽又可称为整流帽、毂帽，所述尾流帽2包括透明玻璃罩7；

所述空泡观测装置包括安装在透明玻璃罩7之内的相机3，所述相机3朝向螺旋桨的桨叶空化区域9，所述相机通过尾流帽绕螺旋桨的轴线与其同步旋转。从而借助相机3透过透明玻璃罩7对螺旋桨桨叶空化区域9进行观测拍摄。由于相机3处在透明玻璃罩7的内部、且与螺旋桨同步旋转，其一，使得本案选用采用普通的低速相机即能获取清晰的螺旋桨空泡形态；其二，相机距离螺旋桨位置很近，这样不需要额外的灯具光源进行补充照明，就可以获取清晰的螺旋桨空泡形态；其三，使得空泡观测装置整体处于尾流帽2的内部，对水下航行体壁面流动和螺旋桨进流都不会产生任何的干扰。

所述相机3为水下红外相机。本案选取水下红外相机作为观测空泡的相机，可不需要再配置额外的灯具照明设备，同时，水下红外相机属于普通的微型相机，相较于体积较大、价格昂贵的高速相机可大幅降低生产成本。

所述尾流帽2还包括刚性连接轴1，所述透明玻璃罩7通过刚性连接轴1与螺旋桨的中心轴固定相连。

所述透明玻璃罩7上开设有用于保持内外连通的连通孔8。这样，可通过透明玻璃罩7保持尾流帽整体的外部形状，并使其内部与外部通过连通孔8保持连通，以对透明玻璃罩7内外的压力进行平衡。

所述空泡观测装置还包括配套装置，所述配套装置包括相机充电及数据传输控制系统5和水密接头10；所述相机充电及数据传输控制系统5固定连接在透明玻璃罩7之内，所述水密接头10固定连接在透明玻璃罩7外壁上；

所述水密接头10分别连接相机充电及数据传输控制系统5和相机3，所述水密接头10用于将尾流帽内部数据信息与外部设备进行交互。这样，不需要对整个设备进行拆除，就可以直接对相机进行充电和数据的导出；并可在常态下避免空泡观测装置的内部线缆出现进水、漏水等问题。

所述配套装置还包括相机自动触发系统6，所述相机自动触发系统6分别连接相机充电及数据传输控制系统5和相机3，所述相机自动触发系统6用于在螺旋桨转速达到设定值时触发相机3进行拍摄。所述相机自动触发系统6包括角速度传感器以及触发模块，所述角速度传感器固定连接在透明玻璃罩7内，所述触发模块分别连接相机充电及数据传输控制系统5和相机3。这样，当触发模块借助角速度传感器判断螺旋桨转速达到设定值时，即可控制相机启动；同时，也可以通过相机充电及数据传输控制系统对触发模块进行设置，设定在螺旋桨不同转速情况下触发相机3工作，自动进行拍摄。

所述配套装置还包括相机角度调节系统4，所述相机3通过相机角度调节系统4可旋转的连接在透明玻璃罩7之内。从而通过相机角度调节系统4对相机3拍摄角度进行调节，以更好的完成对空泡的观测。现有技术中用于进行角度调节的设备有很多，本案仅以以下一个实施例做代表性阐述，所述相机角度调节系统4包括铰接座、铰接轴和电机，所述铰接座固定连接在透明玻璃罩（7）之内，所述电机固定连接在铰接座的一侧，所述铰接轴固定连接在相机的尾端、且所述相机通过铰接轴与铰接座相铰接，所述铰接轴的轴心透明玻璃罩的轴心向垂直，所述电机的输出轴与铰接轴同轴心、且二者固定相连，所述电机的输出轴上还设有电磁抱闸。从而通过电机、电磁抱闸通电后可控制相机旋转，以对相机3拍摄角度进行调节；而在电机断电时，电磁抱闸也断电，从而对相机的位置进行固定。

需要特外说明的是，本案不仅可以用于水下航行体的螺旋桨，对于水面舰船的螺旋桨也同样适用。

本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。