一种系泊船舶物理模型及其试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种系泊船舶物理模型及其试验方法。
【背景技术】
[0002] 系泊船舶在波浪、水流和风荷载作用下会产生横移、纵移、升沉、横摇、纵摇、回旋6 个自由度的运动；当船舶远离码头时，缆绳受到拉力，将船舶往码头方向拉；当船舶靠近码 头时，码头上的护艇受到船舶的撞击力并将撞击能量传递给码头。由于=者之间互相影响， 所W泊稳条件极其复杂，难W用一般理论进行解释，需要通过物理模型试验得到实测值来 检验系泊的安全性。
[0003] 国外物理模型试验做的较少，主要通过数模来对系泊工况进行检验。国内部分高 校和研究单位进行系泊船舶物理模型试验，但水流条件、缆绳、护艇等模拟方法各家不尽相 同。
[0004] 风浪流、码头结构及船型各种不同工况组合都会对系泊船舶的泊稳产生影响，现 有研究项目系泊船舶物理模型试验方法精度不高且不能做到对各种工况都适用。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明的目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种通过设计模型 来测定系泊船舶在波浪、水流和风等共同作用下的6个运动量、缆力和船舶对码头的撞击 能量的试验方法。
[0006] 技术方案：为了解决上述技术问题，本发明是通过W下技术方案实现：
[0007] 一种系泊船舶物理模型，包括港池、造波机、消浪缓坡、地下水库、码头模型、船舶 模型、潜水累、导流墙、风架、缆绳模型和六运动量测量仪；
[0008] 所述消浪缓坡设在港池四周，地下水库设在港池的地面W下，造波机设在港池一 端，码头模型和船舶模型均设在港池的另一端；所述导流墙设在码头模型和船舶模型外围， 且船舶模型与造波机之间的导流墙中间设有缺口，潜水累设在码头模型左右两侧或正后 方，并与导流墙连接；所述风架为2组，关于船舶模型纵轴、横轴对称设置在船舶模型上；所 述码头模型包括靠船墳、系缆墳、护艇传感器、铁架和计算机，护艇传感器设在靠船墳上，铁 架悬臂端伸到船舶正上方，缆绳模型一端与码头模型连接，另一端与船舶模型连接，缆绳模 型与船舶模型连接端设有缆力传感器；所述船舶模型重屯、位置处设有探头，六运动量测量 仪通过铁架悬挂在探头正上方；缆力传感器、护艇传感器、六运动量测量仪分别与计算机连 接。
[0009] 上述6个运动量为船舶模型在波浪、水流和风荷载作用下产生的横移、纵移、升 沉、横摇、纵摇、回旋6个自由度的运动量；
[0010] 上述地下水库可通过水累向港池内加水，并可通过港池底部的回水孔将港池内的 水回收到地下水库。
[0011] 上述船舶模型靠近造波机一侧为正前方，船舶模型与造波机相背方为正后方；靠 船墳位置相对船舶模型比系缆墳位置靠前，系缆墳和靠船墳都可W系缆；
[0012] 上述导流墙可调整流向；
[001引工作原理：本发明系泊船舶物理模型，在港池的一端设置造波机，四周设置消浪缓 坡，根据设计要求在港池的另一端制作码头模型和船舶模型，船舶模型设置在码头模型一 侦U，从地下水库向港池中加水至设计水位；在港池中码头模型周围安置大流量潜水累和可 调整流向的导流墙，产生所需要的水流条件；根据规范及系泊船舶受风面积计算得到船舶 所受风荷载，将风荷载分解为沿船长方向和垂直船长方向，设置关于船纵轴、横轴对称的风 架两组，通过滑轮挂重物的方式将均匀分布于船身的风荷载转化为四个集中力；在码头模 型上固定缆绳模型位置，缆绳模型系泊船舶模型模拟船舶腊缆、横缆及艇缆等；船舶模型上 的系泊端设置缆力传感器，通过将实际缆力转化为传感器内电阻片变形，引起电压变化得 到相应数值的方法测量缆力值；在码头模型中系缆墳上设置护艇传感器，通过与缆力传感 器相似的原理测量撞击力和撞击能量；在系泊船舶模型重屯、位置处固定探头，使探头的运 动量能代表整个船舶模型的运动量，通过在探头正上方悬挂六运动量测量仪发射红外射线 扫描探头位置测量船舶模型的6个运动量；六运动量测量仪、缆力传感器、护艇传感器分别 于计算机连接，通过软件采集处理数据。
[0014] 所述造波机为多向不规则波造波机，能造出不同需求的波浪。
[0015] 所述潜水累为1个W上，均匀设置在码头模型左右两侧及正后方，并与导流墙连 接，能快速产生所需要的水流条件。
[0016] 所述缆绳模型由钢丝与多级钢片组合而成，采用无弹性的钢丝与多级钢片组合成 缆绳模型模拟原型缆绳非线性的拉力-伸长曲线。
[0017] 所述缆绳模型为4个，分别模拟船舶模型的腊缆、横缆、倒缆和艇缆，能模拟各种 系缆情况，测量相应的缆力值。
[0018] 上述系泊船舶物理模型的试验方法，包括W下步骤：
[0019] 1)、在没有放入码头模型和船舶模型时，从地下水库向港池中加水至设计水位，对 试验所需波要素进行率定，并在造波机系统中保留率定文件；
[0020] 2)、安装码头模型、船舶模型和缆绳模型，通过设计资料中给定的码头前沿水流流 向确定大流量潜水累及导流墙位置，通过设计资料中给定的码头前沿风向确定风架位置， 根据风荷载计算值在风架上配得相应重物；
[0021] 3)、安装缆力传感器、护艇传感器和六运动量测量仪，并连接到计算机；
[0022] 4)、调用率定文件，造波机打出相应工况的波要素，通过计算机分别采集系泊船舶 的6个运动量、缆力和撞击能量，将采集到的数据通过软件处理；
[0023] 5)、停止造波机，等待港池中水面平静，根据工况调整风架上的重物及潜水累和导 流墙，打下一个波要素并进行数据采集处理；
[0024] 6)、步骤5)水位波要素打完后，加水或放水至下一设计水位，同理进行试验，至实 验结束。
[00巧]上述步骤1中对试验所需波要素进行率定为：将原型的波要素转换至模型波要 素。
[00%] 所述步骤6)试验结束后，将港池中水抽回至地下水库，供下次试验时使用，能防 止港池内的水被污染，节约水资源，并方便下次试验使用。
[0027] 本发明未提及的技术均为现有技术。
[0028] 有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0029] 1)设置消浪缓坡，防止波浪水流反射对试验精度产生影响；
[0030] 2)多向不规则波造波机可在港池中打出不同浪向、不同波要素的规则波或不规则 波；
[0031] 3)大流量潜水累及导流墙可调整流速流向；
[0032] 4)通过风架可模拟不同风速、风向条件下作用于船身的风荷载；
[0033] 5)可对各种不同风浪流组合的工况进行模拟，适用性强；
[0034] 6)试验用水来自地下水库，用完的水放入水库中，实现了水资源的循环利用；
[0035] 7)系泊船舶模型的6个运动量、系缆力和撞击能量数据都使用计算机进行采集， 精度较高。
【附图说明】
[0036]图1是本发明系泊船舶物理模型的结构示意图；
[0037] 图2是本发明的工作流程图；
[0038] 图3为六运动量测量仪安装示意图；
[0039] 图中，1为港池、2为造波机、3为消浪缓坡、4为码头模型、5为船舶模型、6为地下 水库、7为潜水累、8为导流墙、9为风架、10为缆绳模型、11为缆力传感器、12为系缆墳、13 为护艇传感器、14为探头、15为六运动量测量仪、16为计算机、17为系缆墳、18为铁架。
【具体实施方式】
[0040] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。 柳41] 实施例1
[00创如图1所示，一种系泊船舶物理模型，包括港池1、多向不规则波造波机2、消浪缓 坡3、地下水库6、码头模型4、船舶模型5、潜水累7、导流墙8、风架9、缆绳模型10和六运动 量测量仪15 ;
[0043]消浪缓坡3设在港池1四周，地下水库6设在港池1的地面W下，造波机2设在港 池1 一端，码头模型4和船舶模型5均设在港池1的另一端；导流墙8设在码头模型4和船 舶模型5外围，且船舶模型5与多向不规则波造波机2之间的导流墙8中间设有缺口，潜水 累7为1个W上，均匀设置在码头模型4左右两侧及正后方，