船舶或船模静水回转远程试验系统及试验方法与流程

本发明涉及船舶或船模静水回转远程试验系统及试验方法，属于船舶试验技术领域。

背景技术：

操纵性能良好的船舶，在直线航行时能稳定的保持航行方向，需要改变航向时能迅速地转变航行方向，使船舶按照预定的航线或航向平稳航行。因此，船舶回转性是船舶航行性能中的重要内容，是指船舶的航向稳定性和敏转性。船模或新船试航时都要做回转试验，以取得船的稳定回转直径、纵矩、横矩等重要回转参数，从而研讨船舶在回转时的瞬时运动和评价船舶应舵响应，为评价船舶操纵性的优劣提供技术支撑。

此类船模静水回转试验需要的专用试验设施和设备及仪器较多，如露天操纵水池或室内操纵性水池、遥控及遥测装置、自动操舵仪、陀螺仪、轨迹仪和环境感知系统等。船舶操纵性试验一般由专人在试验现场进行试验，试验结束后，根据安装于岸上和模型上数据采集设备获取的数据，试验人员进行分析处理，从而获得试验结果。因此，其特定及专用性强，受众面小，水池闲置率高。

同时，一些船舶类单位由于资金原因，没有水池及相关实验设备，需要去附近单位租用水池和仪器设备做实验，需要耗费大量人力、物力、财力，并且受到时间和空间上的限制，主要存在以下问题：一是：相隔距离远，两家单位可能在不同城市；二是:搬运船模不方便，搬运过程可能出现损坏；三是：整个过程耗费时间较多，周期较长。

除此之外，一些船舶类学校进行船舶试验教学时，由于缺乏水池或实验仪器，通常是以看录像的方式学习，学生们不能亲自动手，参与性较低，学习效果较差。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种船舶或船模静水回转远程试验系统及试验方法，解决了实验室利用率低、做试验难的问题，试验数据图像可实时传到用户端，大大降低了用户的工作难度和工作量。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种船舶或船模静水回转远程试验系统，包括实验水池、位于实验水池内的船模和位于船模上的激光测距装置，所述激光测距装置通过中心控制器与数据传输电台发射端连接，数据传输电台发射端与数据传输电台接收端信号连接，数据传输电台接收端与计算机连接，计算机通过远程控制模块与客户端连接。

作为优选，所述激光测距装置包括位于船模上的底座，所述底座上分布有至少两个沿底座中心圆周分布的激光测距仪，所述激光测距仪与中心控制器连接。

作为优选，所述激光测距仪有四个，分别为第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪和第四激光测距仪，第一激光测距仪指向船模正前方，第二激光测距仪与第一激光测距仪形成的夹角为90°，第三激光测距仪与第一激光测距仪和第二激光测距仪形成的夹角分别为135°，第四激光测距仪位于第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪的中心。

作为优选，所述底座上安装有水平仪，底座通过调节螺栓安装在船模上，激光测距仪通过蓄电池供电。

作为优选，所述激光测距仪通过固定机构安装在底座上，船模上方安装有摄像头，摄像头拍摄的图像传输给中心控制器。

一种上述的船舶或船模静水回转远程试验系统的试验方法，包括以下步骤：

(1)将各个零部件和装置安装好，底座安装在试验船模甲板上，其四个顶角处设有螺孔，通过调节螺栓与试验船甲板连接，安装时底座关于试验船中纵剖面对称，固定机构通过螺栓与底座相连；

(2)调整水平度：通过调整调节螺栓同时用水平仪测量来保证激光测距仪底座的水平度；

(3)连接试验系统线路：将每个激光测距仪通过转接线和导线与计算机、蓄电池连接；

(4)进行船舶模型试验，采集激光测距仪数据：根据试验目的进行相对应的船舶模型试验，试验过程中，采集激光测距仪数据，具体为：船模在水池中运动，激光测距仪测量船模艏向角及在水池中的实时位置时，由激光测距仪所测得的距离与水池壁的几何关系得出，四个激光测距仪所测得的距离分别为L₁、L₂、L₃、L₄，方形水池的长度L、宽度B已知，其中，角θ₁是线段L₃与线段a的夹角；角θ₂线段L₂与线段a的夹角；角θ₃是线段L₁与线段b的夹角，是线段a与水池宽度B的夹角，船模到上参考平面的垂直距离为L5，α₁为船模的横倾角；

其中α＝135°；

艏向角，

所以，船模到两个池壁的距离b和c分别为：

b＝L₁·cosθ₃

c＝L₂·cosθ₃

α₁＝arcos(L₅/L₄)

(5)数据计算处理：将步骤(4)采集到的数据文件传入计算机中进行计算处理，得出步骤(4)中进行的船舶模型试验的结果，把结果通过远程控制模块传输给客户端。

有益效果：与现有技术相比，本专利具有以下优点：

1.解决了实验室利用率低、做试验难的问题，试验数据图像可实时传到用户端，大大降低了用户的工作难度和工作量。

2.为没有水池及实验设备的单位提供远程试验服务，节省了大量的人力、物力、财力，克服了时间和空间上的限制，使他们坐在电脑前面就可以进行试验。

3.可以让船舶专业的学生，在用户端上自行选择试验器材及试验船型，自己动手选择试验的各个步骤，并观看试验过程，并可以自行处理反馈给用户端的试验数据，学生参与度高，教学效果远远好于只看实验录像。

4.本文使用了激光测距模块来弥补传统的GPS定位系统在室内信号差的缺点，采用激光测量还可以弥补传统倾角传感器易受温度和周围环境影响而产生误差的缺点。

附图说明

图1是本发明的静水回转远程试验系统布置图；

图2是激光测距装置的模块示意图；

图3激光测量实时位置原理示意图；

图4横倾角实时测量原理示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的一种船舶或船模静水回转远程试验系统，包括实验水池14、位于实验水池14内的船模1和位于船模1上的激光测距装置，船模1上安装有舵2和舵机3，所述激光测距装置通过中心控制器8与数据传输电台发射端9连接，中心控制器8为单片机，数据传输电台发射端9与数据传输电台接收端10信号连接，数据传输电台接收端10与计算机11连接，计算机11通过远程控制模块12与客户端13连接。

在本发明中，所述激光测距装置包括位于船模1上的底座5，所述底座5上分布有至少两个沿底座5中心圆周分布的激光测距仪，所述激光测距仪通过数据线7与中心控制器8连接。

在本发明中，所述激光测距仪有四个，分别为第一激光测距仪4-1、第二激光测距仪4-2、第三激光测距仪4-3和第四激光测距仪4-4，第一激光测距仪4-1指向船模1正前方，第二激光测距仪4-2与第一激光测距仪4-1形成的夹角为90°，第三激光测距仪4-3与第一激光测距仪4-1和第二激光测距仪4-2形成的夹角分别为135°，第四激光测距仪4-4位于第一激光测距仪4-1、第二激光测距仪4-2、第三激光测距仪4-3的中心，即第四激光测距仪4-4位于底座5中心。所述底座5上安装有水平仪，底座5通过调节螺栓6安装在船模1上，激光测距仪通过蓄电池供电，所述激光测距仪通过固定机构安装在底座5上。四个激光测距仪选取的是型号为G1020107激光测距仪，其发出的激光是波长为635.2μm的二级安全激光，量程为70m、测量精度为1mm、测量间隔0.1s，激光测距仪用来测量激光测距仪中心到水池壁的距离。参考平面为位于实验水池14上的某一个平面，当选定参考平面后，测得参考平面与试验水池的距离为L₄。中心控制器8控制舵机3迅速转舵2到指定舵角，船舶或船模1做回转运动，直到艏向角转过540°，可结束一次试验。

一种上述的船舶或船模静水回转远程试验系统的试验方法，包括以下步骤：

(1)将各个零部件和装置安装好，底座5安装在试验船模1甲板上，其四个顶角处设有螺孔，通过调节螺栓6与试验船甲板连接，安装时底座5关于试验船中纵剖面对称，固定机构通过螺栓15与底座5相连；

(2)调整水平度：通过调整调节螺栓6同时用水平仪测量来保证激光测距仪底座5的水平度；

(3)连接试验系统线路：将每个激光测距仪通过转接线和导线与计算机11、蓄电池连接；

(4)进行船舶模型试验，采集激光测距仪数据：根据试验目的进行相对应的船舶模型试验，试验过程中，采集激光测距仪数据，具体为：如图3和图4所示，船模1在水池中运动，激光测距仪测量船模1艏向角及在水池中的实时位置时，由激光测距仪所测得的距离与水池壁的几何关系得出，四个激光测距仪所测得的距离分别为L₁、L₂、L₃、L₄，方形水池的长度L、宽度B已知，其中，角θ₁是线段L₃与线段a的夹角；角θ₂线段L₂与线段a的夹角；角θ₃是线段L₁与线段b的夹角，是线段a与水池宽度B的夹角，船模1到上参考平面的垂直距离为L5，α₁为船模1的横倾角；

其中α＝135°；

艏向角，

所以，船模1到两个池壁的距离b和c分别为：

b＝L₁·cosθ₃

c＝L₂·cosθ₃

α₁＝arcos(L₅/L₄)

(5)数据计算处理：将步骤(4)采集到的数据文件传入计算机11中进行计算处理，得出步骤(4)中进行的船舶模型试验的结果，把结果通过远程控制模块12传输给客户端13。

在本发明中，试验水池内上方的摄像头拍摄整个试验过程，数据图像通过数据线传到数据传输电台发射端9，数据传输电台发射端9把数据图像传给数据传输电台接收端10，数据传输电台接收端10再传递给计算机11的数据接收及处理系统，回转轨迹根据激光测距仪模块测得的实时位置坐标在计算机11屏幕上实时显示运动轨迹和横倾角数据，试验所需数据可在屏幕上自动显示并更新。

计算机11通过远程控制模块VNC将数据或图像信息传送给客户端13。其中，VNC远程控制模块可免费使用并由两个部分组成：VNCserver和VNCviewer。用户需先将VNCserver安装在被控端的计算机上后，才能在客户端13执行VNCviewer控制被控端，并可把计算机11上的试验数据和图像发送到客户端13。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。