技术领域本发明属于船舶制造技术领域，特别涉及一种船舶附连水质量测量方法。
背景技术：
船舶在水中运动时其周围的水对船体的运动会带来影响，主要为阻尼和惯性的影响。对于船舶的非定常运动(非匀速运动)水对船舶的作用主要体现在惯性的作用，即附连水质量影响。船舶碰撞作为一种明显的非定常运动现象，附连水质量对船舶碰撞结果影响较大，因此在处理船舶碰撞过程中对能量吸收的问题时必须考虑船舶周围附连水质量影响。由于船舶附连水质量与船舶的线型特征、船舶碰撞过程中的时间历程等密切相关，对开展船舶碰撞后的运动响应及结构响应具有突出影响。但是为了精确得到附连水质量是相当复杂和困难。目前，现有技术中围绕船舶附连水质量预报是基于切片理论估算和以往研究成果所积累的经验公式为主，基于水池试验开展船舶附连水质量测量并不多见。切片理论实质上是一种近似理论，该方法在估算附连水质量较为复杂繁琐，而且理论本身所引入的假设也会对结果造成一定的误差；经验公式因能快速估算船舶附连水质量大小，因此在船舶碰撞仿真分析中应用较为广泛。但从附连水质量系数取值来看，附连水质量系数的取值范围较广，因此取值的大小更加依赖于个人的经验。对于已知船型的碰撞仿真分析其精度就不能满足仿真分析的要求。采用水池试验开展附连水质量测量的方法主要有约束船模试验和自航船模试验两种，约束船模试验方法是最可靠且常用的方法。该方法采用船模在水池中进行约束船模试验，包括斜拖试验、悬臂试验、平面运动机构试验、圆周运动试验，其中平面运动机构试验技术能够比较准确地获得各运动方向的附连水质量。
技术实现要素：
本发明的发明目的是提供一种船舶附连水质量测量方法，能够测量各类船舶模型在不同运动角度条件下的附连水质量，具有操作灵活、成本低、真实性强，测量工况可根据需要调整。一种船舶附连水质量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将需测量附连水质量的船舶模型通过力传感器安装在六自由度运动平台下，使六自由度运动平台按频率ω和振幅A做单自由度简谐运动，此时，六自由度运动平台带动船舶模型在水池中运动，2)采用超声波测距仪测量船舶模型在时域下的运动位移x(t)，同时用力传感器测量船舶模型在时域下的驱动力F(t)，t为测量时间，3)对测量得到的运动位移x(t)求测量时间的一次微分，得到运动速度v(t)，对测量得到的运动位移x(t)求测量时间的二次微分，得到运动加速度a(t)，4)将运动速度v(t)、运动加速度a(t)和驱动力F(t)的离散数据点按时域置于同一直角坐标系下，取多组运动速度v(t)为0时所对应的运动加速度a(t)和驱动力F(t)的值，并对多组运动加速度a(t)和驱动力F(t)的值进行算术平均，得到该频率下的和5)改变六自由度运动平台的频率ω，重复以上步骤1)-4)，得到多组和的值，6)对多组和的值进行线性拟合，根据牛顿第二定理按下式(I)计算附连水质量Δm，Δm=F‾/a‾-m......(I)]]>式中，m为船舶模型自身质量，为线性拟合后的直线的斜率。本发明的有益效果是：1)能够测量各类船舶模型在不同运动角度条件下的附连水质量，能够较好的反映船舶在真实海况条件下的运动所引起的附连水质量；2)通过将船舶模型固定在六自由度平台上，能够设定船舶模型强迫运动函数，通过六维力传感器测量力和弯矩的大小，实现船舶模型的各个方向的附连水质量测量。该方法具有附连水质量测量操作灵活、成本低等诸多优点，且测量工况可根据需要调整；3)能够较好的忽略流体阻尼影响导致附连水质量测量的精度误差，且合理剥离船舶自身重量，凸显了测量附连水质量结果的真实性。附图说明图1为应用本发明船舶附连水质量测量方法的测量系统原理结构图。图2为本发明船舶附连水质量测量方法在频率为0.25Hz时采样分析得到的时间的速度、加速度和力的曲线；图3为本发明船舶附连水质量测量方法的加速度和力的曲线；图中，1-六自由度运动平台，2-传感器安装平面，3-力传感器，4-船舶模型。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。本发明的一种船舶附连水质量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)如附图1所示，将需测量附连水质量的船舶模型通过力传感器安装在六自由度运动平台下，使六自由度运动平台按频率ω和振幅A做单自由度简谐运动，此时，六自由度运动平台带动船舶模型在水池中运动。六自由度运动平台可六自由度平台刚性固定在水池的拖车系统上，保证平台自身不会晃动，试验过程中不会因受力而产生移动。力传感器下端通过两个法兰盘刚性固定在船舶模型上，试验时力传感器相对船舶模型不会发生移动影响测量，布置在船舶模型重心位置；2)采用超声波测距仪测量船舶模型在时域下的运动位移x(t)，同时用力传感器测量船舶模型在时域下的驱动力F(t)，t为测量时间。超声波测距仪器安装在拖车上并保持固定不动，在船舶模型上安装挡板，并使得超声波测距仪发射的声波垂直入射到挡板上；3)对测量得到的运动位移x(t)求测量时间的一次微分，得到运动速度v(t)，对测量得到的运动位移x(t)求测量时间的二次微分，得到运动加速度a(t)，求解微分的方法可采用MATLAB等工具；4)如附图2所示，将运动速度v(t)、运动加速度a(t)和驱动力F(t)的数据曲线按时域置于同一直角坐标系下。取多组运动速度v(t)为0时所对应的运动加速度a(t)和驱动力F(t)的值，并对多组运动加速度a(t)和驱动力F(t)的值进行算术平均，得到该频率下的和5)改变六自由度运动平台的频率ω，重复以上步骤1)-4)，得到多组和的值，6)如附图3所示，对多组和的值进行线性拟合，根据牛顿第二定理按下式(I)计算附连水质量Δm，Δm=F‾/a‾-m......(I)]]>式中，m为船舶模型自身质量，为线性拟合后的直线的斜率。根据牛顿第二运动定律，考虑船舶周围水的阻尼影响，当船模沿某一水平方向作非定常运动时，其运动微分方程为：(m+Δm)x··+cx·=F......(II)]]>式中，m为船舶模型质量，Δm为船舶模型附连水质量；为船舶模型运动加速度；为船舶模型运动速度；c为船舶模型运动阻尼系数；F为船舶模型所受到的外力；公式左端第一项为船舶模型惯性力，第二项为船舶模型阻尼力。从式(II)可以看出，船舶模型在非定常运动过程中，船舶模型的阻尼力也起到重要作用。目前附连水质量试验测量方法均忽略了阻尼力的作用，从而有可能造成较高地估计船舶模型的附连水质量。当速度为零时，则式(II)中的阻尼力项不再存在。此时，式(II)可以改写为也就是式(I)的由来，以此计算附连水质量。