一种船舶航行时的波浪综合测量系统的制作方法

本实用新型涉及船舶设计技术领域，尤其涉及一种船舶航行时的波浪综合测量系统。

背景技术：

在船舶设计阶段，需要对船舶航行时的波浪进行综合测量，从而优化其船舶的设计：

1、对船行波的测量

船行波是指船舶在水面上运行时，船体推挤水体而形成的波浪，该波浪沿船行方向呈放射锥形分布。船行波与空气流动形成的水波、水位梯级差导致水体流动行成的水波等因素共同构成航道水面波浪，并对船舶通行和水体流动造成影响。

2、波浪对船体冲击压力的测量。

3、波浪爬坡高度的测量。

4、对防浪墙性能进行测量。

目前还没有可以对船行波、波浪冲击压力、波浪爬坡高度以及防浪墙的性能进行综合测量的系统。

技术实现要素：

基于此，针对上述技术问题，提供一种船舶航行时的波浪综合测量系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种船舶航行时的波浪综合测量系统，包括：

船模；

船行波测量装置，所述船行波测量装置包括测量支架以及多个超声波传感器，所述测量支架位于所述船模的左侧或者右侧，且与所述船模固定，所述多个超声波传感器固定于所述测量支架上，形成位于同一水平面上的传感器阵列，所述超声波传感器的检测端朝下；

船体波浪冲击压力测量装置，所述船体波浪冲击压力测量装置包括多个脉动压力传感器，所述多个脉动压力传感器设于所述船模的船身上；

波浪爬坡高度测量装置，所述波浪爬坡高度测量装置包括竖向设于所述船模侧向的多个浪高传感器；

防浪墙测试装置，所述防浪墙测试装置包括墙板、两块支撑板、多个压力传感器以及多个单分力传感器，所述墙板正面朝前设于所述船模甲板的前部，其正面具有多个传感器安装孔，该墙板的左右两端具有向后侧延伸的两块侧板，所述两块支撑板左右对称位于所述两块侧板之间，且与所述甲板固定，所述支撑板面朝左右方向，所述压力传感器固定于所述传感器安装孔内，所述多个单分力传感器对称左右分布，且连接于所述侧板与支撑板之间。

所述传感器阵列由从后至前的三个传感器列以及从内至外的六个传感器行构成，每一个传感器列均沿船行波由内至外向后倾斜。

所述测量支架包括左右方向的纵梁以及前后方向的多根横梁，所述纵梁固定于所述船模上，所述多根横梁左右等距布置，每根横梁均前后以及左右可调地固定于所述纵梁上，且每根横梁的左右两侧分别固定一个传感器行，构成所述传感器阵列，每个传感器分别通过一安装架固定于所述横梁上，所述安装架前后位置可调地固定于所述横梁上。

所述纵梁上下位置可调地固定于所述支撑架上

所述测量支架还包括支撑架；

所述支撑架包括第一支撑梁以及两根第一支撑杆，所述第一支撑梁平行布置于所述纵梁上方，其一端通过船舶适航测试仪的刹车装置与船模固定，所述两根第一支撑杆呈八字形布置，该两根第一支撑杆的上端均与所述第一支撑梁的另一端固定，两者的下端分别与所述纵梁的两端固定，所述纵梁固定于所述刹车装置上；

或者所述支撑架包括第二支撑梁以及多根第二支撑杆，所述第二支撑梁平行布置于所述纵梁上方，其一端通过刚性支架与所述船模固定，所述多根第二支撑杆均竖直布置，该第二支撑杆的两端分别与所述第二支撑梁以及纵梁连接，所述纵梁固定于所述刚性支架上。

所述纵梁以及横梁均由相同的型材构成，所述型材的宽面具有长度方向的第一滑槽，其窄面具有长度方向的第二滑槽，所述第一滑槽以及第二滑槽均为倒T形槽，构成纵梁的型材的宽面位于前后两侧，构成横梁的型材的宽面位于上下两侧，两个型材的宽面之间通过一连接件固定，所述连接件包括角件以及分别设于所述两个型材的第一滑槽内的倒T形块，所述角件包括两块连接板，所述两块连接板L形连接，两者分别具有与所述两个型材的第一滑槽对应的螺栓孔，所述两块连接板分别通过螺栓与位于对应的第一滑槽中的倒T形块连接。

所述船模的侧面具有多个用于安装所述脉动压力传感器的水平安装孔，所述脉动压力传感器包括软管、硬管以及脉动压力传感器本体，所述软管设于所述安装孔内，两者之间通过工业胶固定，所述硬管的后端伸入所述软管，两者之间通过工业胶固定，所述硬管未伸入软管部分与所述软管的前端面以及所述安装孔的孔壁之间通过密封胶密封固定，所述脉动压力传感器本体位于所述硬管内，且两者螺纹连接，所述硬管的前端面以及脉动压力传感器本体的前端检测面均与所述安装孔的孔口上下齐平。

所述脉动压力传感器为10个：

位于第一水线上的第一脉动压力传感器本体、两个第二脉动压力传感器本体以及两个第三脉动压力传感器本体，所述第一脉动压力传感器本体布置于所述船模前侧的左右中心位置，所述两个第二脉动压力传感器本体以及两个第三脉动压力传感器本体前后依次左右对称布置于所述船模的左右两侧；

位于第二水线上的第四脉动压力传感器本体、两个第五脉动压力传感器本体以及两个第六脉动压力传感器本体，所述第二水线低于第一水线，所述第四脉动压力传感器本体布置于所述船模前侧的左右中心位置，且位于所述第一脉动压力传感器本体的后侧，所述两个第五脉动压力传感器本体以及两个第六脉动压力传感器本体前后依次左右对称布置于所述船模的左右两侧，且位于第二脉动压力传感器本体以及第三脉动压力传感器本体之间，所述第五脉动压力传感器本体和第六脉动压力传感器本体的前后间距与第二脉动压力传感器本体和第三脉动压力传感器本体的前后间距相等。

所述波浪爬坡高度测量装置还包括船型支架以及用于约束所述浪高传感器贴于所述船模的壁面的约束件，所述船型支架固定于所述船模甲板前部的上方，且与该甲板前部的轮廓相同，所述多个浪高传感器的上端均固定于所述船型支架上，下端分别沿所述船模的壁面向下延伸至所述船模的底部，且该多个浪高传感器分别通过多个所述约束件贴于所述船模的壁面上。

所述约束件包括垂直插入所述壁面的针杆，所述针杆的头端露于所述壁面外，其上形成用于绑系所述浪高传感器的孔口，所述浪高传感器绑系于所述孔口上。

所述多个浪高传感器中一个浪高传感器的上端固定于所述两根安装杆的相交处、其余浪高传感器的上端分别左右对称固定于所述两根安装杆上。

本实用新型测量系统能对船行波、波浪冲击压力、波浪爬坡高度以及防浪墙的性能进行综合测量，方便，效率高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本实用新型进行详细说明：

图1为本实用新型的船行波测量装置实施例1的结构示意图；

图2为实施例1的剖视图；

图3为本实用新型的船行波测量装置实施例2的结构示意图；

图4为本实用新型的实施例2的剖视图；

图5为本实用新型的超声波传感器分布结构示意图；

图6为本实用新型的支撑架的结构示意图；

图7为本实用新型的型材的结构示意图；

图8为本实用新型的型材的剖视图；

图9为本实用新型的两个型材的连接结构示意图；

图10为图9的剖视图；

图11为本实用新型的角件的结构示意图；

图12为图11的右视结构示意图；

图13为图12的俯视结构示意图；

图14为本实用新型的安装架与横梁的连接结构示意图；

图15为本实用新型的船体波浪冲击压力测量装置的结构示意图；

图16为图15在A处的局部放大图；

图17为本实用新型的脉动压力传感器本体的分布示意图一；

图18为本实用新型的脉动压力传感器本体的分布示意图二；

图19为本实用新型的波浪爬坡高度测量装置的结构示意图；

图20为本实用新型的约束件的结构示意图；

图21为本实用新型的结构示意图一；

图22为本实用新型的结构示意图二。

具体实施方式

如图1-22所示，一种船行波测量系统，包括船模1100、船行波测量装置1200、船体波浪冲击压力测量装置1300、波浪爬坡高度测量装置1400以及防浪墙测试装置1500。

如图1-4所示，船行波测量装置1200包括测量支架1210以及多个超声波传感器1220。

测量支架1210位于船模1100的左侧或者右侧，且与船模1100固定。

多个超声波传感器1220固定于测量支架1210上，形成位于同一水平面上的传感器阵列，超声波传感器1220的检测端朝下。

本实用新型通过测量支架1210在船模1100侧面设置阵列分布的多个超声波传感器1220，测量精度高。

具体地，上述传感器阵列由从后至前的多个传感器列以及从内至外的多个传感器行构成，每一个传感器列均沿船行波由内至外向后倾斜,参见图5的虚线所示。

在本实施例中，传感器阵列由从后至前的三个传感器列以及从内至外的六个传感器行构成，每列有6个超声波传感器1220，每行有3个超声波传感器1220，共18个超声波传感器1220，参见图5。

其中，测量支架1210包括左右方向的纵梁1212以及前后方向的多根横梁1213。

纵梁1212固定于船模1100上。

多根横梁1213左右等距布置，每根横梁1213均前后以及左右可调地固定于纵梁1212上，按照上述传感器阵列中各传感器的位置，每根横梁1213的左右两侧分别固定一个传感器行，构成传感器阵列，每个超声波传感器1220分别通过安装架1214固定于横梁1213上。

安装架1214前后位置可调地固定于横梁1213上。

为了减少纵梁1212末端的振动，本实用新型还设计了支撑架1211。

实施例1

如图1-2以及图6所示，支撑架1211包括第一支撑梁1211a以及两根第一支撑杆1211b，第一支撑梁1211a平行布置于纵梁1212上方，其一端与船舶适航测试仪的刹车装置20固定，船舶适航测试仪与船模1100连接，两根第一支撑杆1211b呈八字形布置，该两根第一支撑杆1211b的上端均与第一支撑梁1211a的另一端固定，两者的下端分别与纵梁1212的两端固定。

船舶适航测试仪的刹车装置20参见名称为船舶适航测试仪的中国实用新型专利(申请号：201510287430.0，申请人：上海船舶运输科学研究所)。

在本实施例中，支撑架1211为两个，纵梁1212为两根，两根纵梁1212前后间隔布置，且两者的左端均固定于刹车装置20上，间接与船模1100固定，两者的右端均延伸至船模1100的右侧外，横梁1213为三根，三根横梁1213由外至内依次向前等距递进布置。拖车通过船舶适航测试仪移动船模1100，测量支架1210固定在船舶适航测试仪上，其与船模1100之间没有相对运动，可以跟随船模1100测量船模1100在水中移动时产生的船行波。

实施例2

如图3-4所示，支撑架1211包括第二支撑梁以及多根第二支撑杆，第二支撑梁平行布置于纵梁1212上方，其一端通过刚性支架30与船模1100固定，多根第二支撑杆均竖直布置，该第二支撑杆的两端分别与第二支撑梁以及纵梁1212连接。

在本实施例中，支撑架1211、纵梁1212以及横梁1213均为三个。

刚性支架30由两个底座31、槽钢32、三块支撑板33以及三根支撑柱34构成，两个底座31前后间隔固定于船模1100上，槽钢32前后方向布置并固定于两个底座31上，三块支撑板33前后间隔分布且向船模1100的右侧外延伸，三根支撑柱34分别固定于三块支撑板34上。

纵梁1212分别固定于三根支撑柱34上，三根横梁1213由外至内依次向前等距递进布置。

刚性支架30与拖车连接，从而使船模1100和测量支架1210同时移动，两者之间没有相对运动，可以测量船模1100在水中移动时产生的船行波。

在本实用新型中，如图7-8所示，纵梁1212以及横梁1213均由相同的型材1216构成，该型材1216的宽面具有长度方向的三条第一滑槽1216a，其窄面具有长度方向的第二滑槽1216b，第一滑槽1216a以及第二滑槽1216b均为倒T形槽。

其中，构成纵梁1212的型材的宽面位于前后两侧，构成横梁1213的型材的宽面位于上下两侧。

如图2、图4以及图9-10，两个型材1216的宽面之间通过连接件固定，连接件包括角件1217以及分别设于两个型材1216的第一滑槽1261a内的倒T形块1218，角件1217包括两块连接板1217a，两块连接板1217a呈L形连接，两者分别具有与两个型材1216的第一滑槽1216a对应的螺栓孔1217b，两块连接板1217a分别通过螺栓1219与位于对应的第一滑槽1216a中的倒T形块1218连接，角件1217的结构参见图11-13。

通过上述连接件可以实现调节横梁1213在纵梁1212上的前后以及左右位置。

其中，两块连接板1217a的背面均具有可插入第一滑槽1216a内的定位块1217c，且两者的两侧之间具有加强板1217d。

如图14所示，同样地，安装架1214也可以在横梁1213上调节前后位置，其由竖板以及横板构成，竖板通过螺栓与设置于第二滑槽1216b内的倒T形块连接，横板水平布置，连接于竖板的下端，呈L形，超声波传感器1220穿过并固定于横板上。

本实用新型测量船行波的过程如下：

一、在船模1100的左侧或者右侧布置测量支架1210，并将该测量支架1210与船模1100固定。

在本实施例中，测量支架1210布置于船模1100的右侧。

二、在测量支架1210上固定多个超声波传感器1220，形成位于同一水平面上的传感器阵列，超声波传感器1220的检测端朝下。

三、将船模1100放置在水中，由拖车拖动船模1100在水中移动，该船模1100推挤水体形成波浪。

四、在船模1100移动过程中，通过超声波传感器1220检测上述波浪数据。

五、根据超声波传感器1220反馈的数据，由数据处理装置进行处理获得船模形成波浪的曲线。

如图15所示，船体波浪冲击压力测量装置1300包括多个脉动压力传感器1310，多个脉动压力传感器1310设于船模1100的侧面。

其中，船模1100的船身上具有多个用于安装脉动压力传感器1310的水平安装孔。

如图16所示，脉动压力传感器1310包括软管1311、硬管1312以及脉动压力传感器本体1313。

其中，软管1311采用硅胶管，用于保护脉动压力传感器本体1313的连接线，其设于上述安装孔内，与安装孔之间通过工业胶固定。

硬管1312的后端伸入软管1311，与软管1311之间通过工业胶固定，其未伸入软管1311部分与软管1311的前端面以及安装孔的孔壁之间通过密封胶1314密封固定。

硬管1312的内壁上具有内螺纹，脉动压力传感器本体1313的外壁上具有外螺纹，其位于硬管1312内，且两者螺纹连接。

硬管1312的前端面以及脉动压力传感器本体1313的前端检测面均与上述安装孔的孔口上下齐平。

较佳的，软管1311的后端延伸至船模1100甲板的上方，可以避免水从硬管1312和脉动压力传感器本体1313之间的螺纹漏入船模1100内。

在本实施例中，硬管1312采用金属管，密封胶1314采用硅胶。

如图17以及图18所示，以船模1100的船头为例，脉动压力传感器1310为10个，即有10个脉动压力传感器本体1313：

位于第一水线L1上的第一脉动压力传感器本体1313a、两个第二脉动压力传感器本体1313b以及两个第三脉动压力传感器本体1313c，第一脉动压力传感器本体1313a布置于船模1100前侧的左右中心位置，两个第二脉动压力传感器本体1313b以及两个第三脉动压力传感器本体1313c前后依次左右对称布置于船模1100的左右两侧。

位于第二水线L2上的第四脉动压力传感器本体1313d、两个第五脉动压力传感器本体1313e以及两个第六脉动压力传感器本体1313f，第二水线L2低于第一水线L1，第四脉动压力传感器本体1313d布置于船模1100前侧的左右中心位置，且位于第一脉动压力传感器本体1313a的后侧，两个第五脉动压力传感器本体1313e以及两个第六脉动压力传感器本体1313f前后依次左右对称布置于船模1100的左右两侧，且位于第二脉动压力传感器本体1313b以及第三脉动压力传感器本体1313c之间，第五脉动压力传感器本体1313e和第六脉动压力传感器本体1313f的前后间距与第二脉动压力传感器本体1313b和第三脉动压力传感器本体1313c的前后间距相等。

第一水线L1以及第二水线L2分别位于船模球艏上方不同高度的吃水位置。

当然，船模1100的船尾以及中部同样设置了脉动压力传感器1310。

本实用新型的船体波浪冲击压力测量装置1300通过密封胶1314固定硬管1312，并在硬管1312内设置内螺纹，传感器通过螺纹安装于硬管1312内，不会产生变形的问题，便于定位传感器，可以对传感器起到良好的保护作用，并且可以在不损坏传感器的前提下拆卸或者更换传感器。

如图19所示，波浪爬坡高度测量装置1400包括船型支架1410、竖向设于船模1100侧向的多个浪高传感器1420以及用于约束浪高传感器1420贴于船模1100的壁面1110的约束件1430。

船型支架1410固定于船模1100甲板1120前部的上方，且与该甲板1120前部的轮廓相同。

具体地，船型支架1410包括水平的两根安装杆1411以及竖向的多根支撑杆1412，两根安装杆1411在上方沿船模1100甲板1120前部的轮廓延伸并相交，且通过多根支撑杆1412与船模1100甲板1120固定。

多个浪高传感器1420的上端均固定于船型支架1410上，下端分别沿船模1100的壁面1110向下延伸至船模1100的底部，且该多个浪高传感器1420分别通过多个约束件1430贴于船模1100的壁面1110上。

在本实施例中，多个浪高传感器1420中一个浪高传感器1420的上端固定于两根安装杆1411的相交处、其余浪高传感器1420的上端分别左右对称固定于两根安装杆1411上。

其中，多个浪高传感器1420分布于船模1100的20.25站、19.75站、19.5站、19站、18.5站以及18站处。

其中，浪高传感器1420为钽丝。

多根支撑杆1412对称分布于两根安装杆1411上。

如图20所示，约束件1430包括垂直插入上述壁面1110的针杆1431，针杆1431的头端露于壁面1110外，其上形成供浪高传感器1420穿过的孔口1432。其上形成用于绑系浪高传感器1420的孔口1432，在本实施例中，浪高传感器1420通过绑绳绑系于孔口1432上。

本实用新型的波浪爬坡高度测量装置1400通过船型支架1410以及约束件1430将浪高传感器1420贴于船模1100侧面，相比传统浪高传感器不贴于船模侧面固定方式，测量精度高。

如图21以及22所示，本实用新型的防浪墙测试装置1500，包括墙板1510、两块支撑板1520、多个压力传感器1530以及多个单分力传感器1540。

墙板1510正面朝前设于船模1100甲板1120的前部，其正面具有多个传感器安装孔。

在本实施例中，多个传感器安装孔为八个，八个传感器安装孔由上至下分布为三行，第一行具有分布于墙板1510的中部以及左侧的两个传感器安装孔，第二行以及第三行均具有分布于墙板1510的右侧、中部以及左侧的三个传感器安装孔，相邻传感器安装孔之间的左右间距以及上下间距分别相等。

墙板1510的左右两端具有向后侧延伸的两块侧板1511。

两块支撑板1520左右对称位于两块侧板1511之间，且与甲板1120固定，支撑板1520面朝左右方向。

压力传感器1530固定于上述传感器安装孔内，用于测量墙板1510正面受到的压力。

多个单分力传感器1540对称左右分布，且连接于侧板1511与支撑板1520之间，用于测量墙板1510向后倾倒的弯矩。

在本实施例中，单分力传感器1540为四个，四个单分力传感器1540两两左右对称分布，位于左右同侧的两个单分力传感器1540上下分布。

本实用新型的防浪墙测试装置1500可以精确的对防浪墙的性能进行测量，从而优化其设计。

本实用新型测量系统能对船行波、波浪冲击压力、波浪爬坡高度以及防浪墙的性能进行综合测量，方便，效率高。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。