1.本实用新型涉及水运工程模拟试验装置技术领域，特别是一种研究船锚在水中运动状态的试验装置。
背景技术：
2.随着我国海洋石油平台建设的逐渐增多，时常有石油管道在船只锚泊区穿越的现象，当船锚抛锚降落到海床上时，由于锚重较大，对裸露在海床上或埋深较浅的海底管缆可能造成较为严重的动力冲击破坏。
3.船锚在水中运动到与土面接触时的速度定义为触底速度，触底速度的大小是评价海底管缆受锚害的影响的重要因素。因此，获得船锚在水中的运动状态、运动速度等参数就极为关键。在海底管线保护领域的科学研究中，就需要一种可以研究船锚在水中运动状态和触底速度的试验装置和试验方法，通过船锚运动状态和触底速度等参数的研究，为后续海底管线的保护措施研究提供参数。现有技术中，将模型船锚从一定高度落下，在模型船锚旁侧固定有相机，再采用相机对模型船锚的运动轨迹进行拍摄，但是该种方式只能计算出模型船锚在不同位置的速度，对于模型船锚的运动轨迹并不能清楚的记录下来。
技术实现要素：
4.本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种研究船锚在水中运动状态的试验装置，包括支架、试验筒、模型船锚、船锚固定组件和落锚解锁组件，模型船锚在第一状态时吊挂于所述船锚固定组件，所述船锚在第二状态时沿所述试验筒顶部进入所述试验筒内部做落体运动，所述落锚解锁组件用于将模型船锚由第一状态切换至第二状态，所述检测组件用于获取模型船锚在水中的运动轨迹和运动速度。
5.进一步地，所述检测组件包括监测环和采集仪，所述监测环沿所述试验筒长度方向设置有多个。
6.进一步地，所述监测环包括磁敏电阻和干簧管，所述磁敏电阻和所述干簧管均固定于所述试验筒，所述磁敏电阻与所述采集仪电性连接，所述干簧管与所述采集仪电性连接，所述磁敏电阻用于测量磁场信号大小，所述干簧管用于测量信号的通断。
7.进一步地，任意一个所述监测环中的所述磁敏电阻沿所述试验筒周向均匀分布，任意一个所述监测环中的所述干簧管沿所述试验筒周向均匀分布。
8.进一步地，所述船锚固定组件包括第一支座和销轴，所述第一支座与支架固定连接，所述第一支座上穿设有销轴。
9.进一步地，所述落锚解锁组件包括固定部和锁止部，所述固定部与所述支架固定连接，所述锁止部与所述固定部相配合以实现模型船锚的锁紧状态与解锁状态的切换。
10.进一步地，所述锁止部包括第一连杆、第二连杆和拉动件，所述第一连杆一端与所述销轴穿出所述第一支座的一端转动连接，所述第一连杆另一端与所述第二连杆转动连接，所述第二连杆端部固定有拉动件。
11.进一步地，所述固定部为第二支座，所述第二连杆呈l型，所述第二连杆两端分别与所述第一连杆转动连接、与所述拉动件固定连接，所述第二连杆的中部转动连接有所述第二支座。
12.进一步地，所述支架包括底座、立柱和横梁，所述底座固定有所述立柱，所述立柱固定有所述横梁，所述横梁上固定有第一支座和第二支座，所述底座呈c型开口结构，所述试验筒设于c型开口内部。
13.进一步地，所述试验筒包括圆柱段和四方体段，所述圆柱段与所述四方体段相互连通，所述四方体段可拆卸连接有密封盖板。
14.利用本实用新型的技术方案制作的一种研究船锚在水中运动状态的试验装置，所达到的有益效果：通过监测环上的磁性电阻和干簧管来测量模型锚在水中的运动速度和运动轨迹，通过模型船锚的一次落体运动即可检测到运动速度和运动轨迹两项指标；针对不同的模型船锚，可调整落锚解锁组件使船锚固定组件处于锁紧状态或解锁状态即可进行重复性试验，试验重复性强，操作简单。
附图说明
15.图1是本实用新型所述一种研究船锚在水中运动状态的试验装置的立体图；
16.图2是本实用新型图1在标记a处的局部放大图；
17.图3是本实用新型试验筒的俯视图；
18.图4是本实用新型图1在标记b处的局部放大图；
19.图5是本实用新型船锚固定组件与落锚解锁组件的使用状态示意图；
20.图6是本实用新型试验筒主视图；
21.图7是本实用新型模型船锚的运动速度与高度值的曲线图；
22.图8是本实用新型模型船锚的运动轨迹参考示意图；
23.图中，1、支架；11、底座；12、立柱；13、横梁；2、试验筒；21、圆柱段；22、四方体段；23、密封盖板；3、模型船锚；4、船锚固定组件；41、第一支座；42、销轴；5、落锚解锁组件；51、固定部；52、锁止部；521、第一连杆；522、第二连杆；523、拉动件；6、检测组件；61、监测环；611、磁敏电阻；612、干簧管；62、采集仪。
具体实施方式
24.实施例：
25.为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述，一种研究船锚在水中运动状态的试验装置。如图1所示，包括支架1、试验筒2、模型船锚3、船锚固定组件4和落锚解锁组件5和检测组件6，模型船锚3在第一状态时吊挂于所述船锚固定组件4，所述船锚在第二状态时沿所述试验筒2顶部进入所述试验筒2内部做落体运动，所述落锚解锁组件5用于将模型船锚3由第一状态切换至第二状态，所述检测组件6用于获取模型船锚3在水中的运动轨迹和运动速度。试验筒2中预先装好清水，在第一状态时，模型船锚3吊挂于船锚固定组件4处，在第二状态时，落锚解锁组件5将船锚固定组件4打开使得模型船锚3沿试验筒2做落体运动，在模型船锚3下落的过程中，检测组件6对模型船锚3在水中运动的状态进行捕捉并计算运动的速度，通过对模型船锚3的运动状态和运动速
度的获取，为后续海底管线保护措施研究提供参数。
26.如图1-3所示，所述检测组件6包括监测环61和采集仪62，所述监测环61沿所述试验筒2长度方向设置有多个，任意两个相邻的监测环61之间的距离相同。检测时，相邻的监测环61之间的距离相同使得进行速度计算时模型船锚3行进的距离是相同的，计算简便，同时，安装的一致性好，监测环61的各个部件的工作状态保持良好。
27.所述监测环61包括磁敏电阻611和干簧管612，所述磁敏电阻611和所述干簧管612均固定于所述试验筒2，所述磁敏电阻611与所述采集仪62电性连接，所述干簧管612与所述采集仪62电性连接，所述磁敏电阻611用于测量磁场信号大小，所述干簧管612用于测量信号的通断。模型船锚3在试验开始前进行充磁，在模型船锚3下落到试验筒2中，会依次下落到不同的监测环61的工作区域内，当模型船锚3下落到某一个监测环61的高度位置时，由于磁场的作用使干簧管612信号断开，本监测点信号丢失，通过若干监测环615上干簧管612信号丢失的时间间隔，不同的监测环61之间的高度可通过测量的方式确定，即可计算出模型船锚3通过各监测环61时的运动速度。通过改变监测环61的数量，可以提高测量精度，监测环的数量越多，测得的运动速度越接近触底速度，由于模型船锚3的锚爪可以旋转，因此，在水中下落的轨迹并不是垂直向下的，会发生一定程度的偏移，这就可以通过每个监测环61上布置的若干磁敏电阻611来测量模型锚的偏离位置，通过不同监测环61上所测得的数据，即可判断模型锚在竖向的运动轨迹。
28.任意一个所述监测环61中的所述磁敏电阻611沿所述试验筒2周向均匀分布，任意一个所述监测环61中的所述干簧管612沿所述试验筒2周向均匀分布。磁敏电阻611与干簧管612都沿试验筒2壁周向布置，并且均匀分布，有利于保持工作的稳定性。
29.如图4和图5所示，所述船锚固定组件4包括第一支座41和销轴42，所述第一支座41与支架1固定连接，所述第一支座41上穿设有销轴42。所述落锚解锁组件5包括固定部51和锁止部52，所述固定部51与所述支架1固定连接，所述锁止部52与所述固定部51相配合以实现模型船锚3的锁紧状态与解锁状态的切换。所述锁止部52包括第一连杆521、第二连杆522和拉动件523，所述第一连杆521一端与所述销轴42穿出所述第一支座41的一端转动连接，所述第一连杆521另一端与所述第二连杆522转动连接，所述第二连杆522端部固定有拉动件523。所述固定部51为第二支座，所述第二连杆522呈l型，所述第二连杆522两端分别与所述第一连杆521转动连接、与所述拉动件523固定连接，所述第二连杆522的中部转动连接有所述第二支座。
30.具体地，在试验开始前，使用充磁机对模型船锚3的锚冠进行充磁，充磁后进行组装，随后挂于船锚固定组件4的销轴42上，在进行试验时，现在试验筒2中加入清水，随后拉动拉动件523，使得拉动件523带动第二连杆522绕第二支座转动，第二连带动第一连杆521转动，第一连杆521转动的同时拉动销轴42从第一支座41中脱出，于是模型船锚3便从销轴42上下落到试验筒2中，做落体运动，进一步对模型船锚3运行轨迹与运行速度的计算。
31.如图1所示，所述支架1包括底座11、立柱12和横梁13，所述底座11固定有所述立柱12，所述立柱12固定有所述横梁13，所述横梁13上固定有第一支座41和第二支座，所述底座11呈c型开口结构，所述试验筒2设于c型开口内部。底座11的c型开口设置可以将试验筒2容纳在其中，该种设置形式节省空间并且由于立柱12较高，底部设置有底座11可以维持整个支架1的稳定性。立柱12具有可伸缩结构，对支架1的高度进行调节，同时配合有不同的水
深，可以完成不同落距和水深的试验。
32.所述试验筒2包括圆柱段21和四方体段22，所述圆柱段21与所述四方体段22相互连通，所述四方体段22可拆卸连接有密封盖板23。圆柱段21和四方体段22固定连接且相互连通，多个模型船锚3在进行试验后，会下落到四方体段22内部进行储存，并且通过密封盖板23将四方体段22打开，取出多个模型船锚3。
33.实验例:
34.步骤一：将试验筒2四方体段22的密封盖板23安装到位，确保密封性能良好，根据设计要求加注清水到使用标高；具体地，所述试验筒2的总高度为4300mm。其中，圆柱体段的尺寸为φ500*4000mm，壁厚20mm，四方体段22的尺寸为500*500*300mm，壁厚20mm，均由亚克力透明材料制成；
35.步骤二：根据试验要求调节支架1高度；所述支架1由工字钢焊接而成，在所述试验筒2的圆柱体段每隔400mm设置一个监测环61。所述每个监测环61设计8个磁敏电阻611，间距45度。所述每个监测环61设计4个干簧管612间距90度；
36.步骤三：使用充磁机对模型船锚3的锚冠进行充磁，充磁后进行组装，随后挂于船锚固定组件4的销轴42上，模型船锚3可选择为霍尔锚、板锚等；
37.步骤四：将监测环61上所有的磁敏电阻611和干簧管612接到采集仪62上，打开采集仪62开始采集数据；
38.步骤五：拉动拉动件523，使模型船锚3落体落到试验筒2中，并在水中自由下落；在本实验例中，拉动件523可选择为拉绳。
39.步骤六：将试验筒2水排干，将模型船锚3拿出，重复步骤二到步骤五，如果模型船锚3数量比较多，也可完成几组试验后，再打开密封盖板23取锚。
40.具体地，在步骤四和步骤五中，对速度的测量原理如下：
41.干簧管612用来测量信号通断，即当模型锚下落到本监测环61高度时，由于磁场的作用使干簧管612信号断开，本监测点信号丢失，通过若干监测环61上干簧管612信号丢失的时间间隔，即可计算出模型船锚3通过各监测环61时的速度；
42.如图6所示，以水面为起点的试验进行计算，得到：
43.第1段的平均速度；
44.第2段的平均速度；
45.……
46.第n段的平均速度。
47.最后可得到的如图7的曲线，横轴表示高度值，纵轴表示速度值，便对模型船锚3在本次试验中的速度数据进行记载。
48.在步骤四和步骤五中，对运动轨迹的测量原理如下：
49.依靠每环8个磁敏电阻611的信号强弱，确定模型船锚3经过此监测环61的位置，将若干圆环的位置在空间中连接起来，即为船锚在水中的运动轨迹，如图8所示，
50.上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。