专利名称：船舶海洋结构物运动及阻力测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种测量装置，具体地说是船舶耐波性领域的测量船体运动的测量装置。
背景技术：
船舶耐波性水池模型试验需要测量船舶海洋结构物在波浪中的横摇、纵摇、首摇、垂荡、纵荡和横荡6个自由度的耦合运动及波浪中的阻力。如果只考虑迎浪、随浪和横浪时则只需考虑四个自由度，此时可以限制其它两个自由度而采用拘束模试验。而当船舶海洋结构物斜浪航行时，在波浪的作用下产生的六自由度耦合运动较明显，如果采用拘束模试验，其结果必定与实际情况有所出入。但对于一些复杂水动力问题，拘束模与半拘束模试验的作用也是不可替代的。船舶海洋结构物在斜浪时受到的波浪激励可以通过理论计算和模型试验两种方法得到。 英国格拉斯哥与斯特拉思克莱德大学和雅典国立技术大学的研究者Ayaza等(2006年)研究了船舶海洋结构物在迎浪、随浪及斜浪中的运动情况，他们采用拘束模试验测量了船舶海洋结构物模型在迎浪、随浪及斜浪等工况下六个自由度的运动及波浪诱导力(矩)，与理论计算结果基本一致。然后又采用自航模试验，测量了船舶海洋结构物模型在不同波浪方向的运动情况，与理论计算结果略有差异但趋势一致。瑞典国家哥德堡船模实验水池(SSPA)的Hua等(2003年)采用半拘束模试验技术抑制横荡与首摇两个自由度的运动，同时采用测力元件测量这两个自由度的力与力矩。对一条高速船在规则波中随浪和斜浪工况进行了流体动力系列试验，探讨该船的航运安全性，并建立了随浪和斜浪一阶波导纵荡、横荡力和首摇力矩的半经验计算公式，计算结果与模型试验结果符合较好。通过他们的研究可以看出，拘束模与半拘束模试验对模型斜浪运动的测量与自航模略有差异，但趋势一致且与理论计算结果相符，试验结果较自航模实验偏大，对舰船设计而言更趋于安全。
发明内容本实用新型的目的在于提供可以同时测量船舶海洋结构物在波浪中的横摇、纵摇、首摇、垂荡、纵荡和横荡6个自由度的耦合运动及波浪中的阻力的船舶海洋结构物运动及阻力测试装置。本实用新型的目的是这样实现的本实用新型船舶海洋结构物运动及阻力测试装置，其特征是包括纵荡运动滑轨、横荡运动滑轨、升沉杆、纵向运动滑车、横向运动滑车、横荡弹簧预紧力装置、纵荡弹簧预紧力装置、横荡传感器、纵荡传感器、线位移传感器，纵向运动滑车安装在纵荡运动滑轨上，横向运动滑车安装在横荡运动滑轨上，所述的横荡运动滑轨、横荡运动滑轨、横向运动滑车均有两个，两个纵荡运动滑轨上下布置、安装在两个横向运动滑车之间，两个横荡运动滑轨通过两根杆组成四边形结构，升沉杆安装在纵向运动滑车上、其端点位于被测海洋结构物重心并与被测海洋结构物相连，横荡弹簧预紧力装置包括安装在杆上的弹簧和绳，纵荡弹簧预紧力装置包括安装在横荡运动滑轨上的弹簧和绳，横荡弹簧预紧力装置连接横向运动滑车，纵荡弹簧预紧力装置连接纵向运动滑车，横向运动滑车安装横荡传感器，纵向运动滑车安装纵荡传感器，升沉杆上安装线位移传感器。本实用新型还可以包括I、还包括纵摇角度测量传感器、纵摇转轴、横摇角度测量传感器、横摇转轴、首摇角度测量传感器、首摇转轴、阻力测量传感器，升沉杆上安装阻力测量传感器，升沉杆的端点安装纵摇转轴、横摇转轴，纵摇转轴、横摇转轴形成十字交叉轴，纵摇转轴与横荡运动滑轨平行，纵摇转轴、横摇转轴分别连接纵摇角度测量传感器、横摇角度测量传感器，首摇转轴与被测海洋结构物地板固定，首摇转轴连接首摇角度测量传感器。2、横荡运动滑轨上安装限制横向运动滑车运动的横荡限位与锁定装置，纵荡运动滑轨上安装限制纵向运动滑车运动的纵荡限位与锁定装置，横摇转轴安装限制横摇转轴运动的横摇限位与锁定装置，纵摇转轴安装限制纵摇转轴运动的纵摇限位与锁定装置，首摇转轴安装限制首摇转轴运动的首摇限位与锁定装置，升沉杆上安装限制升沉杆运动的升沉 限位与锁定装置。本实用新型的优势在于本实用新型可以同时测量船舶海洋结构物在波浪中的横摇、纵摇、首摇、垂荡、纵荡和横荡6个自由度的耦合运动及波浪中的阻力。
图I为本实用新型的为本装置的正视图；图2为本装置的俯视图；图3为本装置的船模纵摇、横摇、首摇运动实现与测量装置及测力装置图；图4为本装置的船模纵荡运动实现装置图；图5为本装置的船模升沉运动实现与测量装置图；图6为测量系统框图。
具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型做更详细地描述结合图I 6，该装置包括纵荡运动滑轨10、横荡运动滑轨19、升沉杆4、纵向运动滑车3、横向运动滑车17、纵摇限位与锁定装置20、纵摇角度测量传感器21、横摇角度测量传感器23、首摇角度测量传感器27、首摇限位与锁定装置28、测力天平29、线位移传感器31、升沉运动滑车32。纵荡运动滑轨10、横荡运动滑轨19是按平行四边形四端点铰链而成，当上边固定时其运动特点是下边只能平移而不能转动，这样就保证升沉杆4始终处于铅垂位置。升沉杆4可以在铅垂方向上滑动，其运动范围是±250mm。升沉杆4的下端与船舶海洋结构物15重心位置处的铰链连接，允许船舶海洋结构物15有三个方向旋转的自由(纵摇、横摇、首摇)，并以升沉杆4为角位移的测量基准。其运动幅值限于纵摇±15°、横摇±50°、首摇±5°。纵向运动滑车3可以在专设的纵向运动滑轨10上运动以跟踪船舶海洋结构物15的纵荡运动，有一套伺服系统使滑轮与船舶海洋结构物15保持基本上同步运动，纵向运动滑车3纵荡运动的范围可达±300_。与此类似的横向运动滑车17是用来跟踪船舶海洋结构物15的横向运动，其范围是±200mm。两套运动滑轮的控制信号均来源于纵荡运动滑轨10和横荡运动滑轨19的偏转角。当船舶海洋结构物15做纵荡或横荡运动时，首先通过升沉杆4带动纵荡运动滑轨10和横荡运动滑轨19发生偏转角，这个角度信号经过放大、滤波、调制之后推动伺服系统的执行电机，使纵向运动滑车3和横向运动滑17朝着消除偏转角的方向移动，纵摇限位与锁定装置20限制纵摇转轴22运动，纵摇转轴22、横摇转轴24分别连接纵摇角度测量传感器21、横摇角度测量传感器23，首摇转轴26连接首摇角度测量传感器27，首摇限位与锁定装置28限制首摇转轴26运动，线位移传感器31测量升沉杆4位移。船舶海洋结构物的纵摇角和横摇角是通过连接在船舶海洋结构物15重心处的铰链实现的，其角度可通过铰链的转动进行测量。船舶海洋结构物15重心处的铰链连接升沉杆4，通过杆4的运动可测量其升沉量，杆4的重量可计算在船舶海洋结构物15上。另外通过升沉杆4可牵引船舶海洋结构物15航行。由于模型在波浪中纵荡与横荡过程中存在恢复力矩，因此加装纵荡弹簧5与横荡弹簧16，其弹簧系数要与船舶海洋结构物和波浪力相匹配，以便达到最少影响船舶海洋结构物运动的目的。I.纵摇运动实现与测量装置纵摇运动机构12安装在阻力传感器11下法兰上，转动轴两端安装精密轴承，安装一对精密齿轮，主动轮安装在转动轴22上，从动轮安装在电位计轴上，当船舶海洋结构物15纵向摇动时，转轴22随着船舶海洋结构物15转动，带动齿轮传动，从而使从动轮带动电位计轴转动，电位计输出电信号。2.横摇运动实现与测量装置横摇运动机构13安装在纵摇运动机构12上，它的转动轴24安装在纵摇机构12转动轴22上，两转动轴22、24在同一水平面内形成十字交叉轴。其交点是船舶海洋结构物15的重心。实验时，将横摇锁紧装置25放松，转轴随着船舶海洋结构物15转动，带动齿轮传动，从而使从动轮带动电位计轴转动，电位计输出电信号。3.首摇运动实现与测量装置首摇运动机构14与横摇运动机构13相连，船舶海洋结构物15固定在该机构的底板上，船舶海洋结构物15可在水平平面内转动，当船舶海洋结构物15做首摇运动时，转轴26随着船舶海洋结构物15转动，带动齿轮传动，从而使从动轮带动电位计轴转动，电位计输出电信号。4.横荡运动实现与测量装置横荡运动机构安装在适航仪支架9上。预先调整弹簧预紧力装置16，将弹簧预紧力调整到适合大小，使横荡运动大车17在规定振幅内运动。实验时松开横向锁紧装置18，当船舶海洋结构物15受横向力时，船舶海洋结构物15横荡运动滑车17可沿横向滑轨19运动。滑车17运动时，测量齿轮随着转动，从而带动电位计轴转动，电位计输出电信号。5.纵荡运动实现与测量装置纵荡运动机构滑轨10安装在横荡运动机构滑车17上。预先调整弹簧预紧力装置5，将弹簧预紧力调整到适合大小，使纵荡运动滑车3在规定振幅内运动。实验时松开纵向锁紧装置30，当船舶海洋结构物15受纵向力时，船舶海洋结构物15纵荡运动滑车3可沿纵向滑轨10运动。滑车3运动时，测量齿轮随着转动，从而带动电位计轴转动，电位计输出电信号。[0030]6.升沉运动实现与测量装置升沉运动装置安装在纵荡运动机构滑车3上，实验时松开升沉锁紧装置33，当船舶海洋结构物15受升力作用时，升沉运动装置可沿升沉杆4做升降运动，测量齿轮随着转动，从而带动电位计轴转动，电位计输出电信号。7.测力装置在升沉运动装置的升沉杆4下端，安装一台阻力测量传感器11，实验时可测量船舶海洋结构物15的阻力。值得注意的是当预计阻力要超过阻力传感器量程范围时，要更换大量程传感器，或者将传感器拆除，不进行阻力测量。·
权利要求1.船舶海洋结构物运动及阻力测试装置，其特征是包括纵荡运动滑轨、横荡运动滑轨、升沉杆、纵向运动滑车、横向运动滑车、横荡弹簧预紧力装置、纵荡弹簧预紧力装置、横荡传感器、纵荡传感器、线位移传感器，纵向运动滑车安装在纵荡运动滑轨上，横向运动滑车安装在横荡运动滑轨上，所述的横荡运动滑轨、横荡运动滑轨、横向运动滑车均有两个，两个纵荡运动滑轨上下布置、安装在两个横向运动滑车之间，两个横荡运动滑轨通过两根杆组成四边形结构，升沉杆安装在纵向运动滑车上、其端点位于被测海洋结构物重心并与被测海洋结构物相连，横荡弹簧预紧力装置包括安装在杆上的弹簧和绳，纵荡弹簧预紧力装置包括安装在横荡运动滑轨上的弹簧和绳，横荡弹簧预紧力装置连接横向运动滑车，纵荡弹簧预紧力装置连接纵向运动滑车，横向运动滑车安装横荡传感器，纵向运动滑车安装纵荡传感器，升沉杆上安装线位移传感器。
2.根据权利要求I所述的船舶海洋结构物运动及阻力测试装置，其特征是还包括纵摇角度测量传感器、纵摇转轴、横摇角度测量传感器、横摇转轴、首摇角度测量传感器、首摇转轴、阻力测量传感器，升沉杆上安装阻力测量传感器，升沉杆的端点安装纵摇转轴、横摇转轴，纵摇转轴、横摇转轴形成十字交叉轴，纵摇转轴与横荡运动滑轨平行，纵摇转轴、横摇转轴分别连接纵摇角度测量传感器、横摇角度测量传感器，首摇转轴与被测海洋结构物地 板固定，首摇转轴连接首摇角度测量传感器。
3.根据权利要求I或2所述的船舶海洋结构物运动及阻力测试装置，其特征是横荡运动滑轨上安装限制横向运动滑车运动的横荡限位与锁定装置，纵荡运动滑轨上安装限制纵向运动滑车运动的纵荡限位与锁定装置，横摇转轴安装限制横摇转轴运动的横摇限位与锁定装置，纵摇转轴安装限制纵摇转轴运动的纵摇限位与锁定装置，首摇转轴安装限制首摇转轴运动的首摇限位与锁定装置，升沉杆上安装限制升沉杆运动的升沉限位与锁定装置。
专利摘要本实用新型的目的在于提供船舶海洋结构物运动及阻力测试装置，包括纵荡运动滑轨、横荡运动滑轨、升沉杆、纵向运动滑车、横向运动滑车，纵向运动滑车安装在纵荡运动滑轨上，横向运动滑车安装在横荡运动滑轨上，所述的横荡运动滑轨、横荡运动滑轨、横向运动滑车均有两个，两个纵荡运动滑轨上下布置、安装在两个横向运动滑车之间，两个横荡运动滑轨通过两根杆组成四边形结构，升沉杆安装在纵向运动滑车上、其端点位于被测海洋结构物重心并与被测海洋结构物相连，升沉杆上安装线位移传感器。本实用新型可以同时测量船舶海洋结构物在波浪中的横摇、纵摇、首摇、垂荡、纵荡和横荡6个自由度的耦合运动及波浪中的阻力。
文档编号G01M10/00GK202614501SQ20122019636
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者郭春雨, 赵晓东, 赵大刚, 周广利 申请人:哈尔滨工程大学