专利名称：一种用于测量渔用网线水动力的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量渔用网线水动力的装置和方法，属于海洋渔业技术领 域。
背景技术：
渔具水动力性能是衡量渔具作业性能优劣的主要指标之一。构成网渔具、网箱等 渔业设施主体部分的是由网线编织而成的网衣。与其他海洋工程结构物相比，网线的显著 特点是其柔软性，由此导致渔具(网衣)和水流间的作用相当复杂，其形状变化与受到的水 动力相互影响、相互依赖，即渔具(网衣)上的水动力和其受力后的形状是紧密相关的，这 是渔具(网衣)的水动力性能研究上面临的难点。
研究渔具水动力的方法主要有模型试验、海上实测和理论计算(近年来主要发展 为数值模拟)。传统渔具力学主要以网片作为整体结构来研究，通过试验确定经验公式，以 此作为理论计算的基础。由于实验条件测量设备等的不同，经验公式的使用一般局限性较 大。随着计算机技术的不断发展，结合模型试验和理论计算的渔具数值模拟仿真技术也得 到快速发展。数值模拟计算渔具(网衣)、网箱等渔业设施水动力和形状一般将网目目脚 (一小段网线)作为基本构件，通过计算每个目脚上的受力，来获取整体受力情况。计算目 脚上的水动力时，涉及网线的阻力系数、升力系数和侧向力系数(相比光滑柱体，网线具有 捻纹，因而除了阻力和升外，还具有侧向力)，当存在非定常流(如波浪)时，还要涉及惯性 力系数。由于网线柔软、直径小和结构的特殊性，其水动力系数的研究需要精确地试验设计 和测量设备，这方面研究还未见报道。目前这些参数通常参考圆柱体、纲索方面的有关研究 成果，选取经验值或者根据圆柱体、纲索的水动力系数与雷诺数的关系进行计算或者根据 纲索与冲角间的关系进行计算。这被认为是迄今为止进行渔具力学数值模拟难以达到理想 效果的主要原因之一。
因此，为了提高以网线(网衣)为主体的渔业设施水动力性能研究结果的精度，有 必要开展细小网线水动力的测量方法开发，获得网线水动力阻力系数、升力系数和侧向力 系数参数，为网渔具、网箱等渔业设施理论计算和设计制作提供支撑。发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量网线水动力的装置和方法，为网渔具、网箱等 渔业设施理论计算和设计制作提供基础参数，以克服现有技术的不足。
一种用于测量网线水动力的装置，包括四个水下测力装置，以及分别由两根前 (先受流为前)侧柱、前横向底柱、前横向顶柱，两根后侧柱、后横向底柱、后向顶柱组成的 两个方框，其特征在于所述的两个方框经由两个纵向顶柱连接而构成长方体形状的固定框 架；所述的两个纵向顶柱的下表面中间各开有一道纵向的卡槽；其中前横向底柱的上表面 两端各固定有一个水下测力装置，且所述的两个水下测力装置之间连接有下横向固定索； 另外两个水下测力装置分别滑动固定于两个纵向顶柱各自的卡槽中，或者分别固定于后横向底柱的上表面两端，且所述的后横向底柱沿后侧柱上下移动，该所述的另外两个水下测 力装置之间还连接有与下横向固定索平行的上横向固定索；所述的上、下横向固定索之间 固定有多根相互平行的纵向网线。
上述纵向顶柱的卡槽的截面形状是燕尾槽。
为了取得更好的效果，上述的前、后侧柱，前、后横向底柱，前、后横向顶柱和纵向 顶柱的四个侧面均开有燕尾槽；且所述的前、后侧柱与前、后横向底柱和前、后横向顶柱之 间，以及纵向顶柱与两个方形框架之间是通过连接件相互连接，所述的连接件包括一个截 面为L形的拐角，拐角两面插有螺栓，并通过嵌入卡槽的螺栓栓头而将各柱体相互固定。
上述两根横向固定索和和多根纵向网线构成网线栅格，网线栅格和水下测力装置 组成测量系统。显然可通过调整上述后端底柱的高度即可轻易地实现调整来流与网线栅格 的冲角，也可通过调整水下测力装置在纵向顶柱的卡槽中的位置来调整来流与网线栅格的 冲角。
上述水下测力装置可通过现有的测力装置来实现，如水下六分力仪，或者对陆上 测力装置进行改造在水中使用，测量网线栅格在水中三个方向的受力(X/Y/Z方向)。
上、下横向固定索使用钢丝绳等刚性较大的索状物，容易固定纵向网线，且在两水 下测力装置之间保持水平。
上述装置用于测量网线水动力的方法，其特征在于包括以下步骤
首先，将水下测力装置调整至所需的来流与网线栅格的冲角；
其次，在上、下横向固定索之间固定有多根相互平行的纵向网线；
再将网线栅格四角装配在固定于框架上的四个水下测力装置上；
然后，将框架放置在试验水槽中，通过调整框架顶部两个水下测力装置的位置、纵 向网线长度和试验波流大小，测量网线栅格在冲角为O度到90度和不同波流作用下的水动 力，从而获得单根网线的水动力大小以及网线水动力参数。
纵向网线按照一定的间距均匀地装配在上下横向固定索上，相邻两根网线间距大 于其直径的倍以上，避免流体经过网线产生的流场干扰对测量效果的影响。
本发明结构简单，装配容易，便于操作，不仅可用于测量细小网线水动力，还可用 于测量绳索、网衣等渔具部件以及柔性柱状结构物水动力，为研究渔具部件和渔具及类似 结构物水动力学特性，提供种种新的测量装置和测量方法。
图1为本发明的总体结构示意图(两个水下测力装置固定于卡槽)。
图2为本发明的侧柱、横向底柱、横向顶柱或纵向顶柱的横截面结构示意图。
图3为本发明的各柱体通过连接件进行连接的示意图。
图4为本发明的网线栅格布设图。
图5为本发明的两个水下测力装置固定于后横向底柱上的结构示意图。
其中，1、前侧柱，2、前横向底柱，3、前纵向顶柱，4、后侧柱，5、后横向底柱，6、后纵 向顶柱，7、纵向顶柱，8、卡槽，9、水下测力装置，10、网线，11、下横向固定索，12、上横向固定 索，13、连接件，14、螺栓。
具体实施方式
如图1 5所示，一种用于测量网线水动力的装置，包括四个水下测力装置9，以及 分别由两根前(先受流为前)侧柱1、前横向底柱2、前横向顶柱3，两根后侧柱4、后横向底 柱5、后向顶柱6组成的两个方框，其特征在于所述的两个方框经由两个纵向顶柱7连接而 构成长方体形状的固定框架；所述的两个纵向顶柱7的下表面中间各开有一道纵向的卡槽8;其中前横向底柱2的上表面两端各固定有一个水下测力装置9，且所述的两个水下测力 装置9之间连接有下横向固定索11 ;另外两个水下测力装置9分别滑动固定于两个纵向顶 柱7各自的卡槽8中，或者分别固定于后横向底柱5的上表面两端,且所述的后横向底柱5 沿后侧柱4上下移动，该所述的另外两个水下测力装置9之间还连接有与下横向固定索11 平行的上横向固定索12 ;所述的上、下横向固定索11、12之间固定有多根相互平行的纵向 网线10。
如图2、3所示，上述纵向顶柱7的卡槽8的截面形状是燕尾槽。
如图1 3所示，为了取得更好的效果，上述的前后侧柱1、4，前后横向底柱2、5， 前后横向顶柱3、6和纵向顶柱7的四个侧面均开有燕尾槽；且所述的前、后侧柱与前、后横 向底柱和前、后横向顶柱之间，以及纵向顶柱7与两个方形框架之间是通过连接件13相互 连接，所述的连接件13包括一个截面为L形的拐角，拐角两面插有螺栓14，并通过嵌入卡 槽8的螺栓14栓头而将各柱体相互固定。显然该设计使得在实际测量时可以任意调整方 形框架的大小，直至调整到合适的程度，使用非常方便。
如图1、4和5所示，上述两根横向固定索11、12和多根纵向网线9构成网线栅格， 网线栅格和水下测力装置9组成测量系统。显然通过调整上述后横向底柱5的高度可调整 来流与网线栅格的冲角，也可通过调整水下测力装置9在纵向顶柱7的卡槽8中的位置来 调整来流与网线栅格的冲角。
上述水下测力装置9通过现有的测力装置来实现，如水下六分力仪，或者对陆上 测力装置进行改造在水中使用，测量网线栅格在水中三个方向的受力(X/Y/Z方向)。
上述装置用于测量网线水动力的方法，其特征在于包括以下步骤
首先，将水下测力装置9调整至所需的来流与网线栅格的冲角；正如之前所述的， 通过调整后横向底柱5的高度可以调整水下测力装置9的高度，进而调整来流与网线栅格 的冲角，或者通过调整水下测力装置9在纵向顶柱7的卡槽8中的位置来调整来流与网线 栅格的冲角，可以实现来流与网线栅格冲角的各个角度全方位调节，且调节准确快捷；
由于本发明的各个柱体之间还可采用连接件13连接，使得各个柱体之间均可调 整相互位置，极大地方便了使用；
其次，在上、下横向固定索11、12之间固定有多根相互平行的纵向网线10 ；
再将将网线栅格四角装配在固定于框架上的四个水下测力装置上；
然后，将框架放置在试验水槽中，通过调整框架顶部两个水下测力装置9的位置、 纵向网线10长度和试验波流大小，测量网线栅格在冲角为O度到90度和不同波流作用下 的水动力，从而利用现有技术获得单根网线的水动力大小，解析出网线水动力参数。
实施例
如图1 5所示，一种用于测量网线水动力装置，由前、后侧柱1、4，前、后横向底柱 2、5，前、后横向顶柱3、6，纵向顶柱7构成固定框架；所述的各柱体(1-7)结构可以相同，如各柱(1-7)为四个表面中间均开有燕尾型卡槽8的柱体。各柱体(1-7)之间通过L型连接 件13及其螺栓14固定在两端的卡槽8中，构成测量装置的长方体形状固定框架。有两个 水下测力装置9固定于前端底柱2两端的卡槽8中；水下测力装置9中心线距离相邻侧柱 I距离最好大于20cm以上，以减少液体附面层对测量的影响；前后横向底柱2、5 (或前、后 横向顶柱3、6)的长边为Y方向，与Y方向垂直的水平方向为X方向，Z方向依照右手螺旋 准则。
位于同一侧的一对前、后侧柱1、3的同一侧面在相同的垂直平面上，可以用于贴 近水槽壁，确保框架垂直方向与水槽垂直方向Z —致,前、后横向顶柱3、6和横向底柱2、4 与前、后侧柱1、3垂直，用于确定水下测力装置9的X方向与来流、来浪方向平行。纵向顶 柱7通过两端的卡槽8固定在前、后横向顶柱3、6上，构成测量用的固定框架。
固定在前横向底柱2上的两个水下测力装置9之间的下横向固定索11，与固定在 后向底柱4上的两个水下测力装置9之间的上、下横向固定索11、12均与Y方向平行。上、 下横向固定索11、12使用较细钢丝绳等刚性较大的索状物，容易固定纵向网线10，且在上 下两对水下测力装置9之间保持水平。
纵向网线10按照一定的间距均匀地装配在上、下横向固定索11、12上，相邻两根 网线间距大于其直径的10倍以上，避免流体经过网线产生的流场干扰对测量效果的影响。
通过调整网线10长度和平行移动纵向顶柱卡槽8上的水下测力装置9或调整后 横向底柱6的高度(装配两个水下测力装置9时)，可调整网线栅格与水流的冲角。通过设 置不同的试验波流，可测得O度至90度冲角情况下网线水动力，对试验数据进行理论分析， 获得网线水动力参数。
显然，在实践应用中，本结构不仅可用于测量细小网线水动力，还可用于测量绳 索、网衣等渔具部件以及柔性柱状结构物(线缆)等水动力，拓宽其使用范围。在测量较粗 线缆时可直接使用底部一个水下测力装置9和顶部一个水下测力装置9直接将线缆固定在 其两端进行测量。在较浅水槽中可以不使用纵向顶柱7，直接将水下测力装置9固定在后横 向顶柱5上，通过移动后横向顶柱5调整测量对象与水流的夹角，进行实验测量。
权利要求
1.一种用于测量网线水动力的装置，包括四个水下测力装置(9)，以及分别由两根前侧柱(I)、前横向底柱(2)、前横向顶柱(3)，两根后侧柱(4)、后横向底柱(5)、后向顶柱(6)组成的两个方形框架，其特征在于所述的两个方形框架经由两个纵向顶柱(7)连接而构成长方体形状的固定框架；所述的两个纵向顶柱(7)的下表面中间各开有一道纵向的卡槽(8);其中前横向底柱(2)的上表面两端各固定有一个水下测力装置(9)，且所述的两个水下测力装置(9)之间连接有下横向固定索(11);另外两个水下测力装置(9)分别滑动固定于两个纵向顶柱⑵各自的卡槽⑶中，或者分别固定于后横向底柱(5)的上表面两端，且所述的后横向底柱(5)沿后侧柱(4)上下移动，该所述的另外两个水下测力装置(9)之间还连接有与下横向固定索(11)平行的上横向固定索(12);所述的上、下横向固定索(11、12)之间固定有多根相互平行的纵向网线(10)。
2.如权利要求1所述的用于测量网线水动力的装置，其特征在于上述纵向顶柱(7)下表面的卡槽(5)的截面形状是燕尾槽形。
3.如权利要求1或2所述的用于测量网线水动力的装置，其特征在于上述的前、后侧柱(1、4)，前后横向底柱(2、5)，前、后横向顶柱(3、6)和纵向顶柱7的四个侧面均开有燕尾槽；且所述的前、后侧柱(1、4)与前、后横向底柱(2、5)和前、后横向顶柱(3、6)之间，以及纵向顶柱(7)与两个方形框架之间是通过连接件(13)相互连接，所述的连接件(13)包括一个截面为L形的拐角，拐角两面插有螺栓(14)，并通过嵌入卡槽(8)的螺栓(14)栓头而将各柱体相互固定。
4.利用权利要求1所述的装置测量网线水动力的方法，其特征在于包括以下步骤 首先，将水下测力装置(9)调整至所需的来流与网线栅格的冲角； 其次，在上、下横向固定索(11、12)之间固定有多根相互平行的纵向网线(10)； 再将网线栅格四角装配在固定于框架上的四个水下测力装置(9)上； 然后，将框架放置在试验水槽中，通过调整框架顶部两个水下测力装置(9)的位置、纵向网线(10)长度和试验波流大小，测量网线栅格在冲角为O度到90度和不同波流作用下的水动力，从而获得单根网线的水动力大小以及网线水动力参数。
全文摘要
一种用于测量渔用网线水动力的装置和方法，包括一长方体形固定框架，框架一端底面固定两个连接有下横向固定索的水下测力装置；另外两个水下测力装置之间连接有上横向固定索，并分别滑动固定于框架纵向顶柱的卡槽中，或固定于框架另一端底面；上下横向固定索之间固定有纵向网线。其测量方法包括调整来流与网线栅格至任意所需的冲角；将网线栅格四角装配在水下测力装置上；将框架放置在水槽中，通过调整框架顶部两个水下测力装置的位置、纵向网线长度和试验波流大小，而获得单根网线的水动力大小以及网线水动力参数。本发明结构简单，装配容易，便于操作，不仅可用于测量细小网线水动力，还可用于测量绳索、网衣等渔具部件以及柔性柱状结构物水动力。
文档编号G01M10/00GK103018004SQ201210427550
公开日2013年4月3日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者黄六一, 赵芬芳, 刘长东, 姜昭阳, 梁振林, 万荣, 唐衍力, 宋伟华, 张琳, 董天威 申请人:中国海洋大学