CN101852641B - 船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置。包括架、刀口、刀槽、基板、轮、传感器和基座。本发明测量与调节精度高，通过角度放大模块，减小了角度测量带来的误差，进一步提高了装置测量与调节的精度；稳定性好，内转动部分和船模组成的系统重心位于转动刀口下方，增大了回复力矩，提高了转动系统的稳定性；内转动部分和外支撑部分的设计形式，能够方便地实现包括横摇转动惯量在内的船模重量、重心及转动惯量的测量与调节；集成测量与调节，即装置集船模的重量、重心及转动惯量测量于一体。

Description

船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置

技术领域

本发明涉及的是一种测量仪器，具体地说是对机械结构的物理量进行测量调节的装置。

背景技术

船模水池试验是用来模拟实船的真实航行状态的。为了使试验数据更贴近于真实状态，必须保持船模与实船的重力相似以及惯性相似。在试验准备中，必须根据需要及给定值调节好模型的参数：船模的重量、重心以及转动惯量。船模重量是测定船模其他各种参数的基础，船模很多性能参数的测定、计算过程都是以船模重量为基础，因此，对船模重量的测定必须尽可能准确的进行，尤其是在船舶阻力试验中，准确测定船模的重量，关系到从船模换算到实船时的精度。对于进行耐波性试验的船模，除了其外形与实船之间应满足几何相似之外，重心位置及转动惯量也应与实船相似，以保证模型换算到实船的准确性。

目前，国内外在船模重量和重心纵向位置测量方面方法比较单一。重量测量一般采用精度较高的电子台秤；重心纵向位置利用平衡法进行测量，能够达到较高的精确度。船模重心高度测量主要是利用惯量测量架来进行，即利用船模惯量测量架受力偏转原理，测定船模重心的垂向位置。转动惯量测量的基本方法是利用复摆法和扭摆法来进行，由于船模形状的特殊性，用扭摆法测量船模的转动惯量比较复杂，可操作性不强，现在船模转动惯量的测量主要用复摆法来进行，并且有很多复摆法测量的改进方案。

国内外各实验室测量船模重量、重心及转动惯量多采用传统的测量方法，各个测量部分分开进行，得到各个测量参数后再进行数据处理，最后得到所需要的基本参数。此方法用时较长，数据测量涉及人的主观因素较多，而且要后期自行数据处理，误差较大，测量精度不高，与现代船模试验高精度、高效率的要求不符。因此，很有必要设计一种自动化程度较高的集成测量系统，提高船模重量、重心以及转动惯量测量的效率和精度。

经文献检索发现，中国专利公开号为CN 1544888A，专利名称为：数字船模惯量调节架，该专利发明的装置在一定程度上提高了船模重量、重心及转动惯量测量与调节的精度和效率，但存在以下不足之处：(1)惯量架及船模的重心在转动刀口上方，惯量架和船模组成的转动系统重心高，转动和加载时不易保持稳定，降低了测量与调节的精度和效率；(2)重心垂向位置及转动惯量测量利用的是微复摆原理，系统转动角度较小，转动系统的转动角度未经放大，带来较大角度测量误差，降低了测量精度；(3)其结构形式不方便测量船模横摇转动惯量。本发明专利的装置与公开号为CN 1544888A专利的装置在结构形式、局部原理、方法和具体技术方案上有明显不同。

发明内容

本发明的目的在于提供可以对船模等机械结构的物理量进行测量和调节的船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置，包括架、刀口、刀槽、基板、轮、传感器和基座，其特征是：转动架安装在外支撑架里，转动刀口固连在转动架顶框下方，基板固连在转动架底框上方，刀槽固连在外支撑架顶框上方，角度传感器、主动轮、从动主轮和从动副轮构成角度放大与测量系统，主动轮固连在转动刀口的端部，角度传感器、从动主轮和从动副轮固定在外支撑架的同一横梁上，主动轮与从动副轮通过一级传动带连接，从动主轮与传感器轴轮通过二级传动带连接，称重架与外支撑架下端固连，称重传感器安装在称重架上，称重传感器上固连支撑刀口，支撑刀口两端分别固连基座，角度传感器和称重传感器与计算机相连。

本发明船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置还可以包括：

1、所述的基座上安装调节螺杆和调节脚。

2、所述的称重传感器有两个。

本发明的优势在于：测量与调节精度高，通过角度放大模块，减小了角度测量带来的误差，进一步提高了装置测量与调节的精度；稳定性好，内转动部分和船模组成的系统重心位于转动刀口下方，增大了回复力矩，提高了转动系统的稳定性；内转动部分和外支撑部分的设计形式，能够方便地实现包括横摇转动惯量在内的船模重量、重心及转动惯量的测量与调节；集成测量与调节，即装置集船模的重量、重心及转动惯量测量于一体。

附图说明

图1为本发明的结构总图；

图2是本发明的角度放大与测量系统结构图；

图3是本发明的称重部分结构图；

图4是本发明数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～4，本发明专利包括内转动部分、外支撑部分、角度放大与测量系统、称重部分、数据采集与分析处理系统。内转动部分包括转动架1、转动刀口2和基板3。转动刀口2固连在转动架1顶框下方，基板3固连在转动架1底框上方；外支撑部分包括外支撑架4和刀槽5。刀槽5固连在外支撑架4顶框上方的中间位置；角度放大与测量系统包括角度传感器6、主动轮7、从动主轮8、从动副轮9、传感器轴轮10、一级传动带11和二级传动带12。主动轮7与从动主轮8半径相等，为大轮，传感器轴轮10与从动副轮9半径相等，为小轮。主动轮7固连在转动刀口2的端部，角度传感器6、同轴的从动主轮8和从动副轮9固定在外支撑架4的同一横梁上，主动轮7与从动副轮9通过一级传动带11连接并位于同一铅垂面上，从动主轮8与传感器轴轮10通过二级传动带12连接并位于同一铅垂面上；称重部分包括称重架13、两个称重传感器14、两个支撑刀口15、四个基座16、四个调节螺杆17和四个调节脚18。称重架13与外支撑架4下端固连，两个称重传感器14分别设于称重架13的横梁上，每个称重传感器14上方固连有支撑刀口15，支撑刀口15两端分别固连有基座16，基座16上设有调节螺杆17，调节螺杆17下端通过螺纹与基座16连接，上端与调节脚18铰接，通过调节调节螺杆17的高度和调节脚18的方向固定船模。数据采集与分析处理器20一端与角度传感器6、称重传感器14相连，另一端与计算机19相连。

图4是本发明数据流程图。首先将角度传感器6和两个称重传感器获得的数据传到数据采集与分析处理器20中，然后将数据采集与分析处理器20中的数据以及装置的基本参数传入到计算机19中，最后通过计算机19的计算得出重量及重量调节量、重心纵向位置及调节量、重心垂向位置及调节量、纵摇转动惯量及调节量和横摇转动惯量及调节量。

工作时，船模重量测量值为两个称重传感器14实测值之和，排水量的大小通过增减船模中放置的压载进行重量调节，调节时可通过计算软件的计算结果进行。船模重心纵向位置由称重部分测量和调节，即以一个称重传感器为支点，另一个传感器测量读书，通过静力矩平衡原理计算得到重心的纵向位置。船模重心垂向高度由内转动部分和外支撑部分测量和调节，即首先在转动架1两侧各放一公斤砝码，通过对数据采集与分析处理器软件观察后，做出相应调节，使转动架1保持水平，然后将一侧的砝码移到转动架1的另一侧，测得转动架偏角，通过相似三角形和静力矩平衡原理测量内转动部分的重心高度，采用同样的方法，测量内转动部分和船模的重心高度，再利用平行移轴定理测量和调节船模重心的垂向高度；船模的纵摇和横摇转动惯量通过内转动部分和外支撑部分，利用微复摆原理和平行移轴定理，根据摆动周期测量和调节船模的纵、横摇转动惯量。

Claims (3)

1.船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置，包括架、刀口、刀槽、基板、轮、传感器和基座，其特征是：转动架安装在外支撑架里，转动刀口固连在转动架顶框下方，基板固连在转动架底框上方，刀槽固连在外支撑架顶框上方，角度传感器、主动轮、从动主轮和从动副轮构成角度放大与测量系统，主动轮固连在转动刀口的端部，角度传感器、从动主轮和从动副轮固定在外支撑架的同一横梁上，主动轮与从动副轮通过一级传动带连接，从动主轮与角度传感器轴轮通过二级传动带连接，称重架与外支撑架下端固连，称重传感器安装在称重架上，称重传感器上固连支撑刀口，支撑刀口两端分别固连基座，角度传感器和称重传感器与计算机相连。

2.根据权利要求1所述的船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置，其特征是：所述的基座上安装调节螺杆和调节脚。

3.根据权利要求1或2所述的船模重量、重心及转动惯量测量与调节装置，其特征是：所述的称重传感器有两个。

Images