1.适于垂直循环水槽的三自由度螺旋桨测试平台,包括旋转驱动机构和动态扭矩测试机构,其特征在于:还包括水平移动机构、升降控制机构和螺旋桨推力测试机构;所述的水平移动机构包括上带孔支撑板、正方形支撑板、下带孔支撑板、滑块、托板、光轴、滑轮、滑轮轴和平台架;所述平台架的顶面固定有间距布置的两块托板;其中一块托板顶面固定有导轨,并在导轨上方固定光轴;所述下带孔支撑板的底部固定有阵列排布的四个滑块,一侧的两个滑块与光轴构成滑动副,另一侧的两个滑块上均固定有滑轮轴;所述的滑轮轴上铰接有滑轮;滑轮与未固定光轴的托板顶面构成滚动摩擦副;上带孔支撑板通过正方形支撑板固定在下带孔支撑板上;
所述的升降控制机构包括丝杠升降机、长方形支撑板Ⅰ、长方形支撑板Ⅱ、方孔支架、导杆和导向块;所述的丝杠升降机包括蜗杆、蜗轮、升降丝杠、螺母块和升降丝杠底座;所述的蜗杆水平设置,并通过滚动轴承支承在上带孔支撑板上;蜗轮固定在竖直设置的升降丝杠上,并与蜗杆啮合;所述的升降丝杠通过滚动轴承支承在升降丝杠底座上;升降丝杠穿过水平移动机构的上带孔支撑板、下带孔支撑板和平台架;螺母块与升降丝杠构成螺旋副;长方形支撑板Ⅰ与螺母块固定;长方形支撑板Ⅱ通过方孔支架固定在长方形支撑板Ⅰ下方;长方形支撑板Ⅰ和长方形支撑板Ⅱ上均固定有导向块,导向块与导杆构成滑动副;所述的导杆穿过长方形支撑板Ⅱ、长方形支撑板Ⅰ、平台架和下带孔支撑板,顶端与上带孔支撑板固定,底端与平台底部支撑板固定;
所述的动态扭矩测试机构包括竖直轴、扭矩转速传感器和竖直支撑板;减速器的壳体固定在横板上,横板与竖直支撑板固定;减速器的输出轴穿过横板,并与扭矩转速传感器一端的输出轴通过联轴器Ⅰ连接;扭矩转速传感器另一端的输出轴与竖直轴顶端通过联轴器Ⅱ连接;扭矩转速传感器的壳体通过传感器支架固定在竖直支撑板上;所述的竖直轴通过滚动轴承支承在竖直支撑板上;竖直支撑板穿过水平移动机构的上带孔支撑板和下带孔支撑板,并固定在升降控制机构的长方形支撑板Ⅰ上;竖直轴穿过上带孔支撑板、下带孔支撑板和长方形支撑板Ⅰ,换向器的输入轴与竖直轴的底端通过联轴器Ⅲ连接;换向器的壳体固定在升降控制机构的长方形支撑板Ⅱ底面;所述的换向器包括相互啮合的两个锥齿轮,一个锥齿轮固定在换向器的输入轴上,另一个锥齿轮固定在换向器的输出轴上;换向器的输入轴和输出轴均与换向器的壳体构成转动副;
所述的旋转驱动机构包括垂直轴电机;所述垂直轴电机的输出轴与减速器的输入轴固定,垂直轴电机的壳体固定在减速器的壳体上;
所述的螺旋桨推力测试机构包括水平轴和测力计;所述的水平轴通过滚动轴承支承在升降控制机构的长方形支撑板Ⅱ底面,并与换向器的输出轴通过联轴器Ⅳ连接;所述测力计的两端分别与光轴和光轴上的一块滑块固定;
所述升降丝杠上的滚动轴承通过端盖和升降丝杠上的轴肩定位;所述的端盖与升降丝杠底座固定;
该适于垂直循环水槽的三自由度螺旋桨测试平台的测试过程如下:
步骤一、将待测量的螺旋桨固定在水平轴上,平台架固定在水槽顶部,在水槽内注入水;然后,启动垂直轴电机,垂直轴电机的动力经减速器、联轴器Ⅰ、扭矩转速传感器和联轴器Ⅱ传给竖直轴;扭矩转速传感器将检测到的扭矩信号和转速信号经数据采集卡传给控制器;竖直轴的动力经联轴器Ⅲ和换向器传给水平轴,水平轴带动螺旋桨在水中旋转,产生推力作用在水平移动机构上,水平移动机构的滑块在光轴上滑动,测力计将检测到的推力信号经数据采集卡传给控制器;
步骤二、通过控制器并经伺服驱动器控制垂直轴电机的转速,从而调节螺旋桨的转速,扭矩转速传感器将检测到的扭矩信号和转速信号经数据采集卡传给控制器,测力计将检测到的推力信号经数据采集卡传给控制器;
步骤三、重复步骤二,测得多挡垂直轴电机转速下的扭矩、转速和推力信号;
步骤四、垂直轴电机停转,旋转蜗杆,带动蜗轮和升降丝杠转动,使得螺母块带动长方形支撑板Ⅰ、方孔支架、长方形支撑板Ⅱ以及长方形支撑板Ⅱ底面的水平轴和螺旋桨沿竖直方向移动,调节螺旋桨在水下的深度;然后,调节垂直轴电机的转速与步骤一中垂直轴电机的转速相等,扭矩转速传感器将检测到的扭矩信号和转速信号经数据采集卡传给控制器,测力计将检测到的推力信号经数据采集卡传给控制器;接着,重复步骤二和步骤三;
步骤五、重复步骤四,得到多挡垂直轴电机转速和多个水下深度值下的扭矩、转速和推力信号。
2.根据权利要求1所述适于垂直循环水槽的三自由度螺旋桨测试平台,其特征在于:所述的导向块和导杆设有四组。