适用任意浪向的自航船模试验测试装置及其使用方法
【专利摘要】本发明涉及适用任意浪向的自航船模试验测试装置及其使用方法，属于船舶与海洋工程波浪载荷测试技术领域。本发明解决了目前无法在任意浪向的自航船模试验中，获得准确的试验数据的技术问题。本发明包括轨道Ⅰ、轨道Ⅱ、轨道Ⅲ、万向底座和弹力装置，万向底座设置在轨道Ⅲ底端，轨道Ⅲ平行设置有两根，轨道Ⅱ平行设置有两根，轨道Ⅰ和轨道Ⅱ垂直且在同一平面内，轨道Ⅲ与轨道Ⅰ和轨道Ⅱ所在平面垂直，轨道Ⅲ通过滑动装置与轨道Ⅰ连接，轨道Ⅰ的两端通过滑动装置与两根轨道Ⅱ连接，轨道Ⅰ端部的两侧分别设有弹力装置，弹力装置一端与轨道Ⅰ端部连接，另一端与轨道Ⅱ连接。本发明用于自航船模试验。
【专利说明】
适用任意浪向的自航船模试验测试装置及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及适用任意浪向的自航船模试验测试装置及其使用方法，属于船舶与海 洋工程波浪载荷测试技术领域。
【背景技术】
[0002] 船模试验根据推进方式不同，大体上可分为拖航与自航两种。拖航试验中船模的 航速是由拖曳水池中的拖车保证的，拖车配有车速控制系统以保证拖车按照预定航速行 驶，因此无法将船体在波浪中的航行状态反映出来，会给试验结果带来误差。目前已有研究 指出拖航试验方式会将载荷响应中的高频成分增大，而自航试验却能够真实地反映实际航 行状态下的载荷特征，并预报出实船推进性能。因此，要研究船舶在波浪中的真实航行状态 和载荷特性，目前大多是采用自航试验。
[0003] 自航大多是迎浪，但实际海况中遭遇波浪的浪向往往是随机的，目前文献鲜有斜 浪试验数据，无法为斜浪的理论结果提供试验依据，因为斜浪试验最大的问题就在于船模 的偏航，严格限制偏航会影响试验数据精度，且违背了自航试验方式的目的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决现有技术存在的上述缺陷，提出一种能够集限制偏航和测 量船模运动数据于一身，且适用任意浪向的自航船模试验测试装置及其使用方法。
[0005] 本发明是采用以下的技术方案实现的：一种适用任意浪向的自航船模试验测试装 置，包括轨道I、轨道π、轨道m、万向底座和弹力装置，万向底座设置在轨道m底端，轨道m 平行设置有两根，轨道π平行设置有两根，轨道I和轨道π垂直且在同一平面内，轨道m与 轨道I和轨道π所在平面垂直，轨道m通过滑动装置与轨道I连接，轨道I的两端通过滑动装 置与两根轨道π连接，轨道I端部的两侧分别设有弹力装置，弹力装置一端与轨道I端部连 接，另一端与轨道π连接。
[0006] 作为优选地，所述的滑动装置包括滑块，轨道π上设有滑块π，轨道I的两端与滑 块π固定连接，轨道I上设有滑块I，轨道m上设有滑块I，轨道I和轨道m上的两个滑块I固 定连接或为一体式结构。
[0007] 作为优选地，所述的滑动装置包括滚轮和滚轮支架，轨道I上设有滑动装置I，滑动 装置I包括滚轮支架π和滚轮，轨道m上设有滑动装置m，滑动装置m包括滚轮支架m和滚 轮，滚轮支架π与滚轮支架m固定连接;轨道π上设有滑动装置π，滑动装置π包括滚轮支 架I和滚轮，轨道I的端部与滚轮支架I固定连接。
[0008] 作为优选地，万向底座包括转轴I和转轴π，转轴I和转轴π的中部位置固定连接 在一起，转轴I两端连接在轴承座上，轴承座固定安装在底板上，底板的四个角设有安装孔， 转轴π两端连接在挂耳上，挂耳上端与轨道m底端连接。
[0009] 作为优选地，轨道ΙΠ 的侧面设有标尺。
[0010] 作为优选地，轨道Π 两端设有横梁，横梁将两根平行设置的轨道Π 连接在一起。
[0011] 作为优选地，所述的弹力装置为拉力弹簧。
[0012] -种适用任意浪向的自航船模试验测试装置的使用方法，包括以下步骤：
[0013] 第一步:将测试装置安装在水池拖车上；
[0014] 第二步:将测试装置的轨道m下端的万向底座固定在船模重心两侧；
[0015] 第三步:对将要测试轨道m升沉信号的传感器标定、清零；
[0016] 第四步:制造波浪，利用传感器采集两根轨道m的升沉信号，通过测量可以得到艉 艏两根轨道m距船模重心处的距离，进而可以得到船体重心处的升沉和纵摇。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 本发明集限制偏航和测量船模运动数据于一身，能适应于不同浪向的自航船模试 验，使得测试方法更加精简，试验数据的精度也更高。
【附图说明】
[0019] 图1是船模与测试装置连接状态的结构示意图；
[0020]图2是船模俯视示意图；
[0021]图3是万向底座结构示意图；
[0022]图4是图3的部分拆解不意图；
[0023]图5是本发明在实施例二中的俯视不意图；
[0024]图6是本发明在实施例二中的左视示意图；
[0025]图7是两滑轨的连接部位示意图。
[0026]图中：1轨道I 2轨道Π 3轨道ΙΠ 4滑块I 5滑块Π 6横梁7弹力装置8船模9木 质支座10标尺11上连接板12下连接板13转轴I 14转轴Π 15轴承座16挂耳17底板18 键19滚轮支架I 20滚轮支架Π 21大滚轮22小滚轮23万向底座。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0028] 实施例一
[0029] 所述的适用任意浪向的自航船模试验测试装置，包括轨道II、轨道Π 2、轨道ΙΠ3、 万向底座23和弹力装置7，万向底座23设置在轨道ΙΠ 3底端，轨道ΙΠ 3平行设置有两根，轨道 Π 2平行设置有两根，轨道Il和轨道Π 2垂直且在同一平面内，轨道ΙΠ3与轨道Il和轨道Π 2 所在平面垂直，轨道m3通过滑动装置与轨道II连接，两根轨道m3均位于轨道II的同一侧， 轨道Il的两端通过滑动装置与两根轨道Π 2连接，轨道Il端部的两侧分别设有弹力装置7， 弹力装置7-端与轨道11端部连接，另一端与轨道Π 2连接。
[0030] 如图1所示，滑动装置为滑块，轨道Π 2上设有滑块Π5,轨道Il的两端与滑块Π5固 定连接，这样就实现了轨道Il沿着轨道Π2滑动;轨道Il上设有滑块14,轨道ΙΠ3上设有滑块 14,轨道Il和轨道m3上的两个滑块14固定连接或为一体式结构，以此实现轨道m3既能沿 着轨道Il左右滑动，又能上下滑动。
[0031] 如图3和图4所示，万向底座23包括转轴113和转轴Π 14,转轴113和转轴Π 14的中 部位置固定连接在一起，转轴Π 14穿过转轴113并用键18固定。转轴113两端连接在轴承座 15上，轴承座15固定安装在底板17上，底板17的四个角设有安装孔，转轴Π 14两端连接在挂 耳16的轴承座内上，挂耳16上端与轨道m3底端连接。也可以在轨道m3下方设有转动装置， 转动装置包括上连接板11和下连接板12,上连接板11和下连接板12之间通过轴连接在一 起，下连接板12可以转动，挂耳16连接在下连接板12上，上连接板11与轨道ΙΠ 3下端固定连 接。
[0032] 如图3所示，轨道ΙΠ 3侧面设有标尺10,标尺10能够方便工作人员对传感器进行标 定。如图1所示，为了使两根轨道Π 2与轨道Il组成的结构更加稳定，在轨道Π 2两端设有横 梁6，横梁6将两根轨道Π 2连接在一起。
[0033] 上述装置，在自航船模试验中，轨道II、轨道Π 2和轨道m3保证了船体的三个线自 由度(即纵荡、横荡和升沉），两轨道m3的万向底座保证了船体的三个角自由度(即横摇、纵 摇和艏摇）。
[0034] -种适用任意浪向的自航船模试验测试装置的使用方法，包括以下步骤：
[0035] 第一步:将测试装置安装在水池拖车上，如图1所示，即将横梁6固定安装在水池拖 车上，使得装置能随拖车一同运动；
[0036] 第二步:将测试装置的轨道m3下端的万向底座23固定在船模8重心两侧，如图2所 示，即将万向底座23用螺钉固定在船模8中轴线重心前后的木质支座9上，两根轨道ΙΠ 3底端 的两个万向底座23安装后需要保证船体能够前后左右转动（即保证船的横摇和纵摇）； [0037]第三步:对将要测试轨道ΙΠ 3升沉信号的传感器标定、清零；
[0038] 第四步:试验过程中，一般只关注船体的升沉和纵摇信号，制造波浪，使船模运动， 利用传感器采集两根轨道ΙΠ 3的升沉信号出和出，通过测量可以得到艉艏两根轨道ΙΠ 3距船 模8重心处的距离LjPL2,进而可以得到船体重心处的升沉和纵摇，具体公式如下：
[0039] 重心处升沉
[0040] 重心处纵摇
[0041] 本发明使用时，还可以插值得到船艏任意位置的升沉和纵摇，得到砰击测试点处 的船-波相对运动，进而算出船-波垂向相对速度，该装置具有重要的实际应用价值，能够为 各类船型及海洋平台进行斜浪试验。
[0042]在进行任意浪向的自航船模试验过程中，弹力装置的设置起到了限制船模艏摇的 作用，此结构也主要限制了船模的偏航，两根轨道m3的设置，也一定程度上限制了船模艏 摇。弹力装置可以为拉力弹簧，也可以为带有弹力的绳。优选地，其一端与轨道Π 2固定，另 一端与滑块Π 5连接，轨道I的两端处于轨道Π 中间。两侧的轨道Π 2上分别设有两根弹力装 置，轨道Il处于初始位置时，弹力装置处于放松状态，不对轨道Il产生任何力，当船产生偏 航时，滑块Π 5向轨道Π 2-侧移动，这样弹力装置一侧产生拉力，一侧产生推力，两根轨道 Π 2上的弹力装置均处于这种状态，以此实现限制船模偏航。本发明的轨道形状尺寸可以根 据需求设计，并不局限于图中所示形式。
[0043] 实施例二
[0044]本实施例中，与实施例一的区别在于，实施例一中轨道之间的相对滑动是通过滑 块，即通过滑动摩擦的方式，本实施例中，轨道之间的滑动是通过滚轮，即通过滚动摩擦的 方式。当轨道宽度尺寸较大，滑块与轨道之间的接触面增大时，这种滑块的连接方式就会影 响试验精度，变滑动摩擦为滚动摩擦，可以很好地解决上述问题。
[0045] 如图5至图7所示，为一种较优的实施方式，轨道Il上设有滑动装置I，滑动装置I包 括滚轮支架Π 20和滚轮，轨道m3上设有滑动装置m，滑动装置m包括滚轮支架m和滚轮， 滚轮支架π 20与滚轮支架m固定连接;轨道π 2上设有滑动装置π，滑动装置π包括滚轮支 架119和滚轮，轨道11的端部与滚轮支架I固定连接。
[0046] 从图5和图6中可以看出，其在轨道Π 上下左右（参考图5的位置)一共设有八个大 滚轮21，这几个滚轮靠滚轮支架119连接在一起，将其固定在轨道Π 上，实现滚动摩擦。如图 7所示，轨道I较宽，真正起到轨道作用的部位为图中的上部和下部，在轨道I的上下前后一 共设有个12个大滚轮21，靠滚轮支架Π 20连接在一起，将其固定在轨道Π 上，实现滚动摩 擦。在滚轮支架π 20上下两端，焊接有滑动装置m的滚轮支架m，滑动装置m包括四个小滚 轮22,四个小滚轮22靠滚轮支架m连接在一起，组成一个滚动的导轨，套在轨道m3上，实现 滚动摩擦，为了使得结构更加稳定，在滚轮支架Π 20中部连接有两个大滚轮21，夹着轨道m 3,实现滚动摩擦。
[0047] 其余与实施例一相同。
[0048] 当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对发明的实施例 范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内 所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明专利涵盖范围。
【主权项】
1. 一种适用任意浪向的自航船模试验测试装置，其特征在于：包括轨道1(1)、轨道π (2) 、轨道m(3)、万向底座（23)和弹力装置(7)，万向底座（23)设置在轨道m(3)底端，轨道 ΠΚ3)平行设置有两根，轨道Π (2)平行设置有两根，轨道1(1)和轨道Π (2)垂直且在同一平 面内，轨道m(3)与轨道?α)和轨道π (2)所在平面垂直，轨道m(3)通过滑动装置与轨道I (1) 连接，轨道1(1)的两端通过滑动装置与两根轨道Π (2)连接，轨道1(1)端部的两侧分别 设有弹力装置(7)，弹力装置(7)-端与轨道1(1)端部连接，另一端与轨道Π (2)连接。2. 根据权利要求1所述的适用任意浪向的自航船模试验测试装置，其特征在于:所述的 滑动装置包括滑块，轨道Π (2)上设有滑块Π (5)，轨道1(1)的两端与滑块Π (5)固定连接， 轨道1(1)上设有滑块1(4)，轨道m(3)上设有滑块1(4)，轨道1(1)和轨道m(3)上的两个滑 块1(4)固定连接或为一体式结构。3. 根据权利要求1所述的适用任意浪向的自航船模试验测试装置，其特征在于:所述的 滑动装置包括滚轮和滚轮支架，轨道I (1)上设有滑动装置I，滑动装置I包括滚轮支架Π (20)和滚轮，轨道m (3)上设有滑动装置m，滑动装置m包括滚轮支架m和滚轮，滚轮支架 π (20)与滚轮支架m固定连接;轨道π (2)上设有滑动装置π，滑动装置π包括滚轮支架I (19)和滚轮，轨道I (1)的端部与滚轮支架I固定连接。4. 根据权利要求1所述的适用任意浪向的自航船模试验测试装置，其特征在于:万向底 座（23)包括转轴1(13)和转轴Π (14)，转轴1(13)和转轴Π ( 14)的中部位置固定连接在一 起，转轴1(13)两端连接在轴承座（15)上，轴承座（15)固定安装在底板（17)上，底板（17)的 四个角设有安装孔，转轴Π (14)两端连接在挂耳（16)上，挂耳（16)上端与轨道ΙΠ (3)底端连 接。5. 根据权利要求1所述的适用任意浪向的自航船模试验测试装置，其特征在于:轨道m (3) 的侧面设有标尺(10)。6. 根据权利要求1所述的适用任意浪向的自航船模试验测试装置，其特征在于:轨道Π (2) 两端设有横梁(6)，横梁(6)将两根平行设置的轨道Π (2)连接在一起。7. 根据权利要求1所述的适用任意浪向的自航船模试验测试装置，其特征在于:所述的 弹力装置(7)为拉力弹簧。8. -种上述权利要求1-7中任一权利要求所述的适用任意浪向的自航船模试验测试装 置的使用方法，其特征在于:包括以下步骤， 第一步:将测试装置安装在水池拖车上； 第二步:将测试装置的轨道ΠΚ3)下端的万向底座(23)固定在船模(8)重心两侧； 第三步:对将要测试轨道ΠΚ3)升沉信号的传感器标定、清零； 第四步：制造波浪，利用传感器采集两根轨道ΙΠ (3)的升沉信号，通过测量可以得到艉 艏两根轨道m(3)距船模(8)重心处的距离，进而可以得到船体重心处的升沉和纵摇。
【文档编号】G01M10/00GK105841918SQ201610158079
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】陈占阳
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）