一种双体船模型拖曳试验装置的制作方法

本发明属于船舶水动力学试验装置技术领域，具体涉及一种双体船模型拖曳试验装置。

背景技术：

船模阻力试验的目的是获得船模阻力与航速之间的函数关系，进而推算实船的阻力性能，预报实船在指定航速时所需的有效功率。其中，最常采用的方式是在船模拖曳水池中进行试验：进行试验时将用于船模阻力测量的仪器、设备都安放在水池拖车上，船模则由一套拖带装置固连在拖车上，由拖车带动船模按照设定航速匀速前进，同步测量出池水对船模的阻力。但是，现有技术中,用于开展船舶模型试验的拖曳装置一般是针对常规单体船,试验时的拖曳力作用点的垂向高度一般为其重心高度。而实体船舶上螺旋桨的推力作用点在竖直方向上一般位于水下,对其重心有一个纵倾力矩。由于单体船的水线面面积较大,单体船的船体具有较大的复原力矩,在开展模型试验时一般忽略了拖曳力作用点在竖直方向上的高度对模型试验结果的影响。同时，这类拖带测量装置只有一个船体连接节点，无法直接应用于双体船模阻力试验，为进一步改善高速双体船的综合性能，人们在高速双体船的基础上派生了若干新型的双体船型，主要著名的有小水线面双体船和穿浪双体船等。所谓小水线面双体船，是由潜没于水中的鱼雷状下体、高于水面的平台(上体)和穿越水面联接上下体的支柱三部分组成，其优点在于水线面面积较小，受波浪干扰力较小，在波浪中具有优越的耐波性。另外，还具有宽阔的甲板面和充裕的使用空间。但也存在船体结构复杂，对重量分布较为敏感等问题。穿浪双体船是在高速双体船的基础上发展起来的，是将小水线面和深v型船在波浪中的优良航行性能、双体船的结构形式及水翼船弧形支柱等优点复合在一起的产物，具有良好的适航性，而且继承了双体船宽甲板的特点。

针对这些问题，本发明提供了适用于多种类型的一种双体船模型拖曳试验装置。

专利申请号为201310749803.2，公开号为cnio3743331a的发明公开了一种大幅运动随动式五自由度适航仪，包括框架,在框架两端安装有横向导轨,横向导轨上设置横向运动小车,在横向导轨的端部设置横向运动测量装置；在两个横向运动小车的端部连接板之间安装有纵向导轨,向导轨上设置两个纵向运动小车,在纵向导轨两端安装有纵荡测量转换装置；在两个纵向运动小车的上、下部分别安装有升沉运动测量杆导向装置,两个纵向运动小车上设置升沉测量转换装置,在升沉测量杆下端安装有横摇、纵摇测量装置。实现了在对模型约束很小的前提下,对自航模型进行迎浪、斜浪工况中的航向稳定控制和多自由度运动测量,对模型各自由度运动的影响小。该发明与本发明所涉及的一种双体船模型拖曳试验装置在装置的部分测量原理上有所相似,但是在具体用途、装置的结构组成和形式上等方面完全不同，这里不做赘述。

专利申请号为201410110130.0，公开号为cn103935468a的发明公开了非对称双体船模型阻力测试装置，包括主船体、固定器、顶紧液压缸、转轴、固定机构、力传感器、固定杆、体、插槽和横向液压缸，所述主船体通过两根固定杆与侧船体相连接，固定杆上安装有力传感器；主船体两端安装有固定器，主船体和侧船体中部通过转轴安装有固定机构，固定机构上下两侧安装有顶紧液压缸。实现了保证船模只能沿着水池方向(航行方向)运动，而不会发生横向的移动(转动)，同时对测试偏航力的力传感器进行保护。该发明虽然提及了一种双体船模阻力测试装置，但其适用对象、装置结构组成、使用和操作方法与本发明皆有明显不同。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供精度高，造价低，安装简单，能应用于双体船模型拖曳的一般工程性试验和高等学校教学试验的一种双体船模型拖曳试验装置。

本发明采用下列技术方案：

一种双体船模型拖曳试验装置，主要包括固连机构本体、升沉传动系统、片体定位机构、信号测量系统和数据采集记录系统。

双体船模型拖曳试验装置的固连机构本体紧密固定于拖车侧桥之上，固连机构本体是该装置中其他各组成部分的安装支架；升沉传动系统固连于固连机构本体之固定架上，主要用于将船模的升沉运动(垂向)转换为该系统中滑轮的转动，进而传动信号测量系统中的升沉测量传感器；片体定位机构上端与升沉传动系统相连，下端通过信号测量系统中的纵倾角度测量传感单元与双体船模型的片体相连，主要通过调整支臂与定位横梁的相对位置和角度，实现该装置可以与不同的双体船模型相匹配；信号测量系统中的升沉、纵倾角度及测力传感器通过螺栓等与各自的测量传感单元相连，主要用于感受船模在航行过程中发生的升沉、纵倾等浮态变化，以及所遭受到的水阻力等，并将其转换为电信号，再传输到后方的数据采集记录系统中；数据采集记录系统主要用于为前方的传感器供电以及将通过导线传输过来的模拟电信号转换为数字信号，并在计算机硬盘中保存下来。

双体船模型拖曳试验装置的固连机构本体主要由固定架、连接横梁、紧定螺杆等组成。固定架是整个试验装置的安装支架，通过连接横梁、紧定螺杆、螺帽等紧密固定在拖车测桥之上。

双体船模型拖曳试验装置的升沉传动系统主要由升沉杆系、传动组套等组成。传动组套通过螺栓与固连机构本体中的固定架相连接，升沉杆则位于传动组套之内，其四面由安装在传动组套上的导轮(滚动轴承)包裹，并可上下自由运动，连接升沉杆上下两端的细软绳绕过固连在传动组套上的滑轮，当升沉杆上下运动时会带动该滑轮转动。

双体船模型拖曳试验装置的升沉传动系统的升沉杆系主要由升沉杆、标尺、上支杆、下支板、上拉杆、下拉杆、拉紧弹簧和细软绳等组成。其中升沉杆由一铝合金方管加工制作而成，下端装有天平连接板，可与测力传感器(天平)相连，侧面贴有标尺，用于观测船模的升沉运动变化情况；升沉杆的上、下端相应位置开有螺栓孔，上支杆和下支板通过螺栓、螺母固定在升沉杆的上、下两端，在上支杆和下支板上分别连有小拉杆上、下，上拉杆的下方挂一拉紧弹簧，在拉紧弹簧与下拉杆之间连有细软绳，通过调整拉紧弹簧的长度可以使得细软绳始终处于绷紧状态。

双体船模型拖曳试验装置的升沉传动系统之传动组套主要由固定板、上导轮座、下导轮座、连接板、导轮、导轮轴等组成。所有导轮通过导轮轴及螺帽固定在上、下导轮座上，上、下导轮座通过螺栓固定在固定板上；将固定板采用螺栓固定在固连机构本体之固定架上；将测力传感单元中的升沉传感器采用小螺钉固定在该单元的支撑座板上，再将支撑座板用小螺钉固定在连接板上，然后将连接板通过螺栓固连在上、下导轮座之上；将滑轮嵌套在升沉传感器(电位器)的转轴上，并以顶丝紧定；将升沉杆系中的细软绳绕过该滑轮1或2周。

双体船模型拖曳试验装置的片体定位机构主要由定位横梁、支臂以及连接件等组成。其中测力传感单元中的天平固定底座通过螺栓固定在定位横梁的中部，可与该单元中的测力传感器(天平)相连，定位横梁上开有双排长条形螺栓孔，支臂上则开有单排长条形螺栓孔，支臂通过螺栓和蝶形螺母与定位横梁固连在一起，并可上下和左右移动，以适应不同形式和片体间距的双体船型。

双体船模型拖曳试验装置的信号测量系统中的测力传感器上方通过固定板与升沉杆用螺丝连接，其下方通过固定板与片体定位机构中的定位横梁相连接固定。

双体船模型拖曳试验装置的信号测量系统中的纵倾角度传感器包括与双体船模片体固定连接的固定支座、与片体调节装置连接的固定板、安装在由纵倾测量转换装置底板、固定螺丝、固定板组成的框架上的纵倾测量转换小齿轮、与纵倾测量转换小齿轮啮合的纵倾测量转换扇形齿轮、与纵倾测量转换小齿轮同轴安装的纵倾测量转换电位计。纵倾测量转换扇形齿轮与片体固定连接，将纵倾转化为纵倾测量转换扇形齿轮的角位移变化，并通过和纵倾测量转换小齿轮之间的比例调节,将纵倾测量转换小齿轮上的角位移信号按比例的转化到纵倾测量电位计上,由纵倾测量电位计上角度变化与电阻变化的关系测得纵向运动的纵倾信号。

双体船模型拖曳试验装置的数据采集记录系统主要由信号测量电路和信号记录仪器组成，所述信号测量电路由激励电源、电桥、滤波器、放大器组成。所述信号记录仪器由电子计算机、记录软件、存储设备组成。

双体船模型拖曳试验装置主要适用于一般工程性的双体船模阻力试验，也适用于船舶阻力教学试验。

双体船模型拖曳试验装置不仅适用于船模拖曳水池，也适用于各类拖曳水槽。

本发明的有益效果在于：

一种双体船模型拖曳试验装置的体积小，造价低，易于生产、加工和制造；调试简单，易于维护和保养；能耗低；应用电测技术，试验精度较高，满足一般工程性试验的精度要求；使用和操作方便，开展试验教学时有益于学生动手能力的培养；易拆装，不用时从池体或槽体上拆下，不占用船模水池或水槽的空间。

附图说明

图1为本发明的一种双体船模型拖曳试验装置总体结构示意图；

图2为本发明的固连机构本体结构示意图；

图3为本发明的升沉传动系统的升沉杆系结构示意图；

图4为本发明的升沉传动系统之传动组套结构示意图；

图5为本发明的片体定位机构结构示意图；

图6为本发明的信号测量系统中的测力传感器结构示意图；

图7为本发明的信号测量系统中的纵倾角度传感器结构示意图；

图8为本发明的数据采集记录系统示意图；

图9为本发明安装在普通双体船上的示意图；

图10为本发明安装在小水线面双体船上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图中各部分元件：固连机构本体1，升沉传动系统2，片体定位机构3，信号测量系统4，数据采集记录系统5，固定架6，连接横梁7，紧定螺杆8，升沉杆9，标尺10，上支杆11，下支板12，上拉杆13，下拉杆14，拉紧弹簧15，细软绳16，固定板一17，上导轮座18，下导轮座19，连接板20，导轮轴21，导轮22，螺栓23，升沉传感器24，支撑座板25，滑轮26，定位横梁27，支臂28，连接件29，固定板二30，天平固定底座31，固定支座32，固定板三33，纵倾测量转换装置底板34，固定螺丝35，固定板四36，纵倾测量转换小齿轮37，纵倾测量转换扇形齿轮38，纵倾测量转换电位计39。

一种双体船模型拖曳试验装置，包括固连机构本体1、升沉传动系统2、片体定位机构3、信号测量系统4和数据采集记录系统5，固连机构本体1紧密固定于拖车侧桥之上；升沉传动系统2与固连机构本体1下侧固定连接；片体定位机构3上端与升沉传动系统2连接；下端通过信号测量系统4与双体船模型的片体相连；数据采集记录系统4通过导线与信号测量系统4相连。

所述的固连机构本体1由固定架6、连接横梁7、紧定螺杆8组成，固定架6由朝左右两侧对称的两块竖直u型板和横板组成，所述的横板是带空腔的立方体，侧面有螺孔，横板横置于所述的两块竖直u型板侧面，与其下端面平齐，横板的长度等于所述两块竖直u型板的距离；连接横梁7由朝上下两侧对称的两块水平u型板组成，所述的两块水平u型板均在相应位置对称开有螺孔，且朝上侧的水平u型板与固定架6无缝连接；紧定螺杆8为两根棒状体，棒状体两端带有螺纹，长度与拖车侧桥的宽度相等；连接横梁7的上下两块水平u型板通过紧定螺杆8和螺母固定连接。

升沉传动系统主要由升沉杆系和传动组套组成，升沉杆系由升沉杆9、标尺10、上支杆11、下支板12、上拉杆13、下拉杆14、拉紧弹簧15和细软绳16组成；升沉杆10是带有空腔的长方体立管，升沉杆10侧面贴有标尺，下端固定着天平连接板，升沉杆10的上、下端相应位置开有螺孔；上支杆11和下支板12通过螺栓、螺母固定在升沉杆10的上、下两端，上支杆11连接上拉杆13，下支板12连接下拉杆14；上拉杆13的下方连接拉紧弹簧15，在拉紧弹簧15与下拉杆14之间连有细软绳16，细软绳16始终处于绷紧状态；传动组套由固定板一17、上导轮座18、下导轮座19、连接板20、导轮轴21、导轮22组成；固定板一17为竖直的正方形板；上导轮座18、下导轮座19均为比固定板一17小的开孔方板，方板上分布四个耳孔，水平固定在固定板一17的上下两侧；上导轮座18的上侧和下导轮座19的下侧均分布有四个相互垂直的导轮系统，所述的导轮系统由导轮轴21和导轮22组成，导轮轴21穿过耳孔，两侧各有一个导轮22和螺母；连接板20为方板，与上导轮座18和下导轮座19均连接，连接板20长度等于上导轮座18和下导轮座19的距离，连接板20宽度等于上导轮座18或下导轮座19长度；

所述的升沉杆9穿过上导轮座18和下导轮座19的开孔，与导轮22紧密贴合，但不固定。

所述的固定板一17上有螺栓23，螺栓的位置与固定架6侧面的螺孔一一对应且连接在一起。

所述的片体定位机构3由定位横梁27、支臂28以及连接件29组成，定位横梁27为侧向水平放置的u型板，背面开有双排长条形螺栓孔，双排长条形螺栓孔中间位置由圆螺孔取代；支臂28为长方体板，宽度与u型板厚度相同，上则开有单排长条形螺栓孔，支臂28通过螺栓和蝶形螺母与定位横梁27的双排长条形螺栓孔相连。

所述的信号测量系统4由升沉传感器系统、测力传感器系统和纵倾传感器系统组成，

所述的升沉传感器系统由升沉传感器24、支撑座板25和滑轮26组成，支撑座板25为两块垂直的方板组成，升沉传感器24采用小螺钉固定支撑座板25上，支撑座板25通过小螺钉固定在连接板20上，滑轮嵌套固定在沉传感器24的转轴上，升沉杆系中的细软绳16绕过滑轮26并紧绷；

所述的测力传感器系统由固定板二30和天平固定底座31组成，固定板二30是四角有孔，中央有凸台的方板，天平固定底座31由两块互相垂直的方板组成，两块方板均在四角分布螺栓，固定板二30和天平固定底座31通过一块工字型板固定连接；固定板二30与升沉杆9用螺丝连接，天平固定底座31通过螺栓与定位横梁27相连接固定；

所述的纵倾传感器系统由固定支座32、固定板三33、纵倾测量转换装置底板34、固定螺丝35、固定板四36、纵倾测量转换小齿轮37、纵倾测量转换扇形齿轮38和纵倾测量转换电位计39组成，固定支座32为中央带有凸台的方板，方板四周布有螺孔；固定板三33是两个大小不一的圆柱体拼接而成，大圆柱侧面开有螺孔；纵倾测量转换装置底板34为一侧凹陷的方板，上方开有螺孔；固定螺丝35为棒状螺丝；固定板四36通过固定螺丝35连接在纵倾测量转换装置底板34侧面；纵倾测量转换小齿轮37和纵倾测量转换电位计39同轴安装在固定板四36两侧；纵倾测量转换扇形齿轮38通过螺栓与固定支座32和纵倾测量转换装置底板34依次连接，固定支座32和纵倾测量转换装置底板34的凸台和凹陷吻合；纵倾测量转换小齿轮37和纵倾测量转换扇形齿轮38啮合；固定支座32与双体船模片体固定连接，固定板三33与片体调节装置固定连接。

所述的数据采集记录系统5由信号测量电路和信号记录仪器组成，所述的信号测量电路由激励电源、电桥、滤波器、放大器组成，各部分通过导线相连，电源、纵倾测量转换电位计39、电桥、滤波器、放大器通过导线顺次连接；所述的信号记录仪器由电子计算机、记录软件、存储设备组成，信号测量电路和信号记录仪器通过导线连接。

一种双体船模型拖曳试验装置主要适用于一般工程性的双体船模阻力试验，也适用于船舶阻力教学试验。

一种双体船模型拖曳试验装置不仅适用于船模拖曳水池，也适用于各类拖曳水槽。

一种双体船模型拖曳试验装置所采用的材料根据使用情况不同可自由选择。

实施例一：

如图1所示，本发明包括固连机构本体1、升沉传动系统2、片体定位机构3、信号测量系统4和数据采集记录系统5等几部分。

所述的固连机构本体1紧密固定于拖车侧桥之上，升沉传动系统2固连于固连机构本体2之固定架6上，片体定位机构3上端与升沉传动系统2相连，下端通过信号测量系统4中的连接板32与双体船模型的片体相连，信号测量系统4中的升沉、纵倾角度及测力传感器通过螺栓等与各自的测量传感单元相连，数据采集记录系统5主要用于为前方的传感器供电以及将通过导线传输过来的模拟电信号转换为数字信号，并在计算机硬盘中保存下来。

所述的固连机构本体主要由固定架6、连接横梁7、紧定螺杆8等组成，通过连接横梁7、紧定螺杆8、螺帽等紧密固定在拖车测桥之上；

所述的升沉传动系统2主要由升沉杆系、传动组套等组成。其中，所述的升沉杆系主要由升沉杆9、标尺10、上支杆11、下支板12、上拉杆13、下拉杆14、拉紧弹簧15和细软绳16等组成。其中升沉杆9由一铝合金方管加工制作而成，下端装有天平连接板，可与测力传感器(天平)相连，侧面贴有标尺10，用于观测船模的升沉运动变化情况；升沉杆9的上、下端相应位置开有螺栓孔，上支杆11和下支板12通过螺栓、螺母固定在升沉杆的上、下两端，在上支杆和下支板上分别连有小拉杆(上、下)，上拉杆13的下方挂一拉紧弹簧，在拉紧弹簧15与下拉杆14之间连有细软绳16，通过调整拉紧弹簧15的长度可以使得细软绳16始终处于绷紧状态；所述的传动组套主要由固定板17、上导轮座18、下导轮座19、连接板20、导轮21、导轮轴22等组成。所有导轮21通过导轮轴22及螺帽固定在上、下导轮座上，上、下导轮座通过螺栓固定在固定板上；将固定板17采用螺栓23固定在固连机构本体1的固定架6上；将测力传感单元中的升沉传感器24采用小螺钉固定在该单元的支撑座板25上，再将支撑座板25用小螺钉固定在连接板20上，然后将连接板20通过螺栓固连在上、下导轮座之上；将滑轮嵌套在升沉电位计24的转轴上，并以顶丝紧定；将升沉杆系中的细软绳16绕过滑轮26一圈；所述的传动组套通过螺栓与固连机构本体中的固定架6相连接，升沉杆则位于传动组套之内，其四面由安装在传动组套上的导轮22包裹，并可上下自由运动，连接升沉杆上下两端的细软绳16绕过固连在传动组套上的滑轮26，当升沉杆上下运动时会带动该滑轮转动；

所述的片体定位机构3主要由定位横梁27、支臂28以及连接件29等组成。其中测力传感单元中的天平固定底座31通过螺栓固定在定位横梁27的中部，可与该单元中的测力传感器(天平)相连，定位横梁27上开有双排长条形螺栓孔，支臂28上则开有单排长条形螺栓孔，支臂通过螺栓和蝶形螺母与定位横梁固连在一起，并可上下和左右移动，以适应不同形式和片体间距的双体船型；

所述的信号测量系统4中主要由测力传感器及升沉、纵倾传感器组成。其中，所述的测力传感器上方通过固定板30与升沉杆用螺丝连接，其下方通过天平固定底座31与片体定位机构中的定位横梁27相连接固定。所述的纵倾角度传感器包括与双体船模片体固定连接的固定支座32、与片体调节装置连接的固定板33、安装在由纵倾测量转换装置底板34、固定螺丝35、固定板36组成的框架上的纵倾测量转换小齿轮37、与纵倾测量转换小齿轮啮合的纵倾测量转换扇形齿轮38、与纵倾测量转换小齿轮同轴安装的纵倾测量转换电位计39。纵倾测量转换扇形齿轮38与片体固定连接，将纵倾转化为纵倾测量转换扇形齿轮38的角位移变化，并通过和纵倾测量转换小齿轮之间的比例调节,将纵倾测量转换小齿轮上的角位移信号按比例的转化到纵倾测量电位计39上,由纵倾测量电位计上角度变化与电阻变化的关系测得纵向运动的纵倾信号。

所述的数据采集记录系统主要由信号测量电路和信号记录仪器组成，所述信号测量电路由激励电源、电桥、滤波器、放大器组成。所述信号记录仪器由电子计算机、记录软件、存储设备组成。

实施例二：

如图9所示，为本发明安装在普通双体船上试验时示意图，试验开始前，首先将本发明上端通过固连机构本体1中的连接横梁7、紧定螺杆8、螺帽等紧密固定在拖车测桥之上，下端则通过信号测量系统4中的固定支座32与双体船上面的连接板相连接。然后通过调节片体定位机构3对双体船模型的片体间距、高度进行准确调节。在试验过程中，船模的升沉、纵倾、阻力等试验数据通过信号测量系统4中的测力传感器及升沉、纵倾传感器转换为电信号，再传输到的数据采集记录系统5中，数据采集记录系统5将通过导线传输过来的模拟电信号转换为数字信号，并在计算机硬盘中保存下来。、

实施例三：

如图10所示，为本发明安装在小水线面双体船上试验时示意图，试验开始前，首先将本发明上端通过固连机构本体1中的连接横梁7、紧定螺杆8、螺帽等紧密固定在拖车测桥之上，下端则通过信号测量系统4中的固定支座32与双体船上面的连接板相连接。与普通双体船所不同的是，小水线面双体船需要将片体定位机构3的支臂斜深入到小水线面双体船舱体内部，支臂的倾斜角度、高度按照试验工况要求进行调节。在试验过程中，船模的升沉、纵倾、阻力等试验数据通过信号测量系统4中的测力传感器及升沉、纵倾传感器转换为电信号，再传输到的数据采集记录系统5中，数据采集记录系统5将通过导线传输过来的模拟电信号转换为数字信号，并在计算机硬盘中保存下来。