一种船模水池消波装置的制作方法

本发明涉及一种被动式水轮消波装置，尤其涉及一种船模水池消波装置，属于船模试验水池消波技术领域。

背景技术：

船模水池试验中，若船模航速较低，由造波机生成并传播到水池另一端的波浪，会返回船模附近，进而干扰船模的运动，影响实验结果的准确性；另外，在船模快速性试验中，被扰动后的水面需要较长时间才能平静下来，所以航次间需要“等水”，而水池实验成本高昂，“等水”浪费了宝贵的实验时间，增加了实验成本。随着实验技术水平的提高，各水池都在积极探索更有效的消波方案，提高实验精确性，并缩短实验等水时间，提高实验效率。为了消除由造波机生成并传播到水池另一端的波浪，不使其返回而影响模型试验结果，或为了消除水池的余波，缩短等水时间，通常在水池的始端、水池一侧或两侧的池壁水面附近加设消波装置，消波装置的种类有很多，大体可分为主动式和被动式，消波效果也不尽相同。

虽然国内外在消波结构方面进行了一些研究，但是针对于船模试验水池消波装置的研究非常少，而船模试验对于船舶行业发展得重要性是毋庸置疑的，因此本发明装置对于船模水池消波技术的发展也能够起到一定的促进作用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种船模水池消波装置，其结构设计简单，成本较低，能够有效的减弱波浪传递的能量和形式，实现了安全性与经济性的统一。

本发明的目的是这样实现的：包括两个升降机构和设置在升降机构之间的水轮装置，每个所述升降机构包括升降卡槽、安装在升降卡槽上的控制电机、与控制电机输出轴连接的齿轮箱、与齿轮箱输出端连接的螺旋杆、安装在螺旋杆上的水轮固定轴，所述水轮固定轴设置在升降卡槽中，所述水轮装置包括固定轴心、通过转动轴承安装在固定轴心上的水轮转动轴、安装在水轮转动轴上的由水轮叶片组成的水轮，所述固定轴心的两端与对应的水轮固定轴固连。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述水轮叶片是平板矩形叶片或是半圆形叶片或椭圆形叶片或齿轮型叶片或波浪形叶片。

2.水轮叶片的个数是5-9个。

3.所述水轮叶片上设置有凹槽或凸起或镂空孔，且凹槽或凸起或镂空孔的个数是3-6个。

4.所述水轮是沿着水轮转动轴的长度方向连续布置或等间距间断布置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过升降机调节水轮相对于水面的位置可以实现定点位置消波作用；当来流中的波浪冲击到水轮消波装置上，可以带动水轮转动，使得波浪传递的能量形式转化为水轮转动所需要的机械能，最终能够实现高效快速消波；水轮所具有的周向同性使得水轮消波装置对于波浪入射角不具敏感性，结构简单，消波效果稳定。本发明的水轮叶片还可以是不同的形式而且分布不同形式和数量的凹槽、凸起、镂空孔/槽，当波浪通过水轮叶片时，这些附加设施会起到辅助消波的作用，这对于消波效果将会产生更加明显的作用。

附图说明

图1a、图1b、图1c分别是本发明的主视图、侧视图和俯视图；

图2是波浪遭遇本发明的消波装置时的示意图；

图3是本发明的水轮装置升降电机控制系统图；

图4是水轮装置与螺旋杆连接系统的示意图；

图5是本发明的水轮装置转动消波示意图；

图6a、图6b分别是普通平板矩形叶片水轮的侧视图和轴测图；

图7a、图7b分别是椭圆形与平板矩形组合叶片水轮的侧视图和轴测图；

图8a、图8b分别是带有凸起的椭圆形与平板矩形组合叶片水轮的侧视图和轴测图；

图9是带有矩形镂空槽的叶片水轮的示意图；

图10a、图10b、图10c分别是周期性间断分布的叶片水轮的侧视图、俯视图和轴测图；

图11是本发明的轴测图。

图中：1.水轮装置、2.升降卡槽、3.螺旋杆、4.水轮叶片、5.模拟波浪、6.控制电机、7.固定基座、8.电机输出轴、9.转速齿轮箱、10.齿轮箱输入端、11.齿轮箱输出端、12.螺旋杆、13螺旋杆、14.水轮固定轴、15.固定轴心、16.转动轴承、17.水轮转动轴。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1a至图11，本发明的水池消波装置包括升降机构和水轮装置，所述水轮装置1由水轮叶片4、水轮转动轴17、固定轴心15、转动轴承16和水轮固定轴14组成，在波浪的冲下带动水轮转动削减波能，达到快速消波；升降机构包括两部分：电机控制系统和水轮装置与螺旋杆的连接系统，主要包括控制电机6、螺旋杆3(升降螺杆)、升降卡槽2，可以转动调节消波装置的位置，实现定点消波。

进一步地，所述水轮装置的截面叶片边缘形状有多种，平板矩形、半圆形、椭圆形，齿轮形、波浪形以及多种混合组成形式。且所述水轮装置的截面叶片数量为5—9个不等

进一步地，所述水轮装置的截面叶片在水轮轴向方向上可以是连续或周期性间断分布。所述水轮装置的截面叶片在水轮轴向方向上周期性间断分布的总长度占水池宽度比应该超过3/4.

进一步地，所述水轮装置的叶片上可以分布不同的凹槽、凸起、镂空孔/槽。且所述水轮装置的叶片上的凹槽、凸起、镂空孔/槽的数量为3—6个不等。所述水轮装置的叶片上的凹槽、凸起、镂空孔/槽的大小可以是相同的或者呈某种规律分布

本发明消波时需要根据水池的深度和造波机所产生的波的类型来调整水轮消波装置在水池中的高度位置，首先启动控制电机6，控制电机输出轴8带动转速齿轮箱9内的齿轮组转动，通过转速齿轮箱输入端10的锥形齿轮改变传动的输出方向从而带动转速齿轮箱输出端11普通齿轮转动，然后使得连接的螺旋杆12旋转；螺旋杆13与水轮固定轴14之间是螺纹连接，螺旋杆转动使得水轮装置的高度位置发生变化。升降机构依附升降卡槽2，左右对称，同步调控。

在船模试验水池中产生波浪的波峰线或波谷线是有限长的(为水池宽度)，将水轮装置的轴向长度设置成与水池宽度相当，能够更全面的达到消波的目的。当波浪5传递到水轮装置时，由于波浪具有一定的能量且能够保持当前的形式继续前进，使得波浪与水轮装置之间发生了能量转移，由于水轮装置自身拥有一定的质量且没有人为外部能量输入，因此部分波能转化成水轮转动所需的能量，波浪的能量在通过水轮装置时迅速衰减，从而达到消波的目的,如图5所示，波浪先到达水轮下半部分，水轮按照A的方向旋转；波浪先到达水轮上半部分，水轮按照B的方向旋转，C是指升降机构调节水轮装置在水池深度方向的位置可以实现定点位置附近消波。

综上，本发明设计的是一种船模水池消波装置，包括升降机构和水轮装置；所述升降机构分布在左右两侧，通过升降电机的输出轴带动升降齿轮箱转动与升降螺杆相连，升降螺杆安置在升降卡槽内部，通过升降螺杆转动来调节水轮装置在水池深度方向的位置；所述水轮装置包括固定轴、转动轴、转动水轮，转动水轮与固定轴之间用防水水密轴承支架连接。本发明装置的作用原理为：通过升降机调节水轮在水池深度方向的位置，使得由造波机产生的波浪传递到水池对岸时带动水轮装置转动，进而减弱波浪的能量，最终达到快速消波的目的，且水轮装置所具有的周向同性使得水轮对于波浪的入射角不具敏感性。本发明易于生产制造，使用方便，消波速度快，效果好，能够极大地提高船模水池的试验效率，并能在很大程度上提高试验精度；该装置不仅适用于一般性拖曳式船模水池，而且能够适用于其他各类小型水槽的消波。