CN103076153B - 缆拖式船模阻力试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种缆拖式船模阻力试验装置。包括动力部分、拖缆、固定部分和测控部分；动力部分包括安装在船坞池壁上的支撑架、电动机、转速转矩测量仪、主动轮，电动机与转速转矩测量仪之间通过一级联轴器连接，转速转矩测量仪与主动轮之间通过二级联轴器连接；固定部分包括固定架和安装在固定架上的从动轮，固定架安装在拖车端壁上；拖缆分别绕于主动轮和从动轮上，实现对船模的拖曳；测控部分包括与电动机连接的电动机控制器、与转速转矩测量仪连接的数据采集器和控制计算机。本发明具有使用和操作方便，易于生产、拆装，易于维护和保养等特点，适用于船模拖曳水池和各类拖曳水槽，可用于一般工程性的船模阻力试验和船舶阻力教学实验。

Description

缆拖式船模阻力试验装置

技术领域

本发明涉及的是一种阻力试验装置。具体地说是一种船模阻力试验装置。

背景技术

船模阻力试验的目的是获得船模阻力与航速之间的关系，推算实船阻力性能，预报实船在指定航速时所需的有效功率。最常用的试验方式是拖车拖带式，即试验时将船模阻力测量仪器、设备都安装在拖车上面，由拖车带动船模匀速前进，测量出水对船模的阻力。但是，拖车式船模阻力试验方法试验装置庞大，设备造价昂贵，调试比较复杂，需要定期进行保养，操作使用技术要求高，需要实验室人员的密切配合。拖车式船模阻力试验方法及设备对于进行船舶阻力性能的科学研究是完全可以的，但是在进行一般工程应用性的船模阻力试验，特别是进行船模阻力实验教学，培养学生的实践动手能力方面，则不太适合。

专利申请号为200910072791.8（公开号为CN101635109A）的专利文件中公开了“一种开放式空气流动局部阻力测量教学实验装置”，其主要内容为：为了测量流动过程中局部流动阻力随流道改变及流速改变的变化关系，进而得到一种在相同风速下流动阻力最小的流道结构。变频调速引风机与收缩段管的小端连通，实验段设置在两个测量管段之间并与二者的各自一端可拆卸连通，每个测量段管上安装有一个毕托管，每个毕托管连接有一个电子微压计，在每个测量段管侧壁的中部开有至少两个取压孔，两个测量段管上的取压孔分别通管路与用于测量压差的电子微压计连接。通过本发明可以得到一种在相同风速下流动阻力最小的流道结构。流动过程阻力减小，使得驱动该流动的风机功率大大降低、耗电量降低、节约能源。

专利申请号为201010211522.8（公开号为CN101907510A）的专利文件中公开了“气泡船模拖曳试验方法”，其主要内容为：一种气泡船模拖曳试验方法，将供气装置、稳压装置及通气管顺序连接放置于拖车上，将通气管连接通气口，将船模固定于拖车测试仪器上；供气装置工作，当稳压装置内部达到需要的压力时，关掉供气装置的供气开关，拖车以需要的车速前进，气体经过通气管通到船底气腔内；拖车行驶完拖曳水池全程并开始后退，打开稳压装置的泄压开关使部分气体逸出；当稳压气体内部压力明显减小时，开启供气装置的供气开关，补充供气，拖车再次工作。本发明提供了一套可用于气泡船模型试验的可行方法，适用于气泡船模型阻力及耐波性能试验，稍作改进即可应用于气泡船实艇，为同类型气泡船的设计、试验和使用提供了切实可行的技术保障和坚实的工程化应用基础。该专利文件中虽然提及船模阻力和耐波性试验的应用背景，但是仅是涉及气体控制的气泡船试验方法。

“船模拖曳阻力试验的不确定度分析”（《哈尔滨工程大学学报》2006年6月底27卷第3期）一文中，虽然涉及拖车、四自由度适航仪等仪器设备的船模阻力试验装置，但其船模阻力试验装置及方法为拖车拖带式试验装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于维护和保养，具有较高精度，应用于一般工程性试验和高等学校教学实验的缆拖式船模阻力试验装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括动力部分、拖缆、固定部分和测控部分；所述动力部分包括安装在船坞池壁上的支撑架，安装在支撑架上的电动机、转速转矩测量仪、主动轮，电动机与转速转矩测量仪之间通过一级联轴器连接，转速转矩测量仪与主动轮之间通过二级联轴器连接；所述固定部分包括固定架和安装在固定架上的从动轮，固定架安装在拖车端壁上；拖缆分别绕于主动轮和从动轮上，实现对船模的拖曳；所述测控部分包括与电动机连接的电动机控制器、与转速转矩测量仪连接的数据采集器和控制计算机。

本发明还可以包括：

1、动力部分的支撑架为槽钢与角钢焊接架，由4根上横槽钢、2根下横槽钢、4根竖连槽钢、2根下横连角钢、2根中横连角钢、4根竖挂槽钢、4根横挂角钢、2根横挂槽钢和2根上横连角钢焊接而成；在支撑架上固定一支撑板，支撑板上开有主动轮轮槽，主动轮位于主动轮轮槽。

2、支撑架的每根下横槽钢的两端分别与竖挂槽钢焊连；每根上横槽钢的一端与竖挂槽钢焊连，另一端与竖连槽钢的上端焊连；每根竖连槽钢的下端与下横槽钢焊连；主动轮一侧的竖连槽钢与下横槽钢的焊连处再通过下横连角钢焊连；每个竖挂槽钢上端与横挂角钢焊连；每根中横连角钢的两端分别与每侧的两个竖挂槽钢中部和上横槽钢的端部焊连；每根上横连角钢的两端分别与每侧的两个竖挂槽钢上端和横挂角钢的端部焊连；每根横挂槽钢位于同侧横挂角钢的下方，两端分别与横挂角钢的端部焊连。

3、固定部分的固定架为钢管与钢板焊接架，由1块挂板、2根竖挂方钢管、2根斜拉长方钢管、2根横拉方钢管、2根斜拉短方钢管和1块底板焊接而成；挂板上开有4个螺栓孔，用于与拖车端壁面的活连接；底板上开有从动轮轮槽，从动轮位于从动轮轮槽内。

4、竖挂方钢管焊于挂板上；每根竖挂方钢管的上端与每根斜拉长方钢管的上端焊连，下端与底板的一端焊连；每根斜拉长方钢管的下端与底板的另一端焊连；每根横连方钢管的一端焊连于每根斜拉长方钢管的中间部位，另一端焊连于每根竖挂方钢管的中间部位，每根斜拉短方钢管的一端焊连于每根横连方钢管与每根斜拉长方钢管的焊点处，另一端焊连于每根竖挂方钢管与底板的焊点处。

动力部分主要为船模运动提供动力，同时输出转速、转矩的信号，主要包括电动机、一级联轴器、转速转矩测量仪、二级联轴器、主动轮、主动轮支座、主动轮支撑轴承、支撑架、支撑板等。电动机用于带动主动轮进而通过固定部分带动拖缆拖曳船模。转速转矩测量仪用于测量输出主动轮上的转速、转矩信号。主动轮用于与从动轮、拖缆配合拖曳船模。一级联轴器用于实现电动机轴与转速转矩测量仪左侧轴的活连接。二级联轴器用于实现转速转矩测量仪右侧轴与主动轮轮轴的活连接。支撑架用于固定动力部分并支撑动力部分的重量。为了减轻支撑架的自身重量并保证支撑架的结构强度，采用槽钢、角钢焊接形式。为了实现支撑架的定位和搭载电动机、一级联轴器、转速转矩测量仪、二级联轴器、主动轮、支撑板等结构的重量及支撑架自身重量，支撑架设有上横槽钢、下横槽钢、竖连槽钢、下横连角钢、竖挂槽钢、横挂角钢、横挂槽钢、中横连角钢、上横连角钢。动力部分通过竖挂槽钢、横挂角钢、横挂槽钢等的搭挂作用置于船坞池壁的顶端，实现垂向限位。支撑架的每根竖挂槽钢上开有2个定位螺孔，用于通过旋紧定位螺栓的方式实现横向固定。为了实现搭挂、保证结构强度和方便电动机、转速转矩测量仪、主动轮及主动轮支座等的布置，支撑架的每根下横槽钢的两端分别与竖挂槽钢焊连。支撑板用于直接搭载电动机、一级联轴器、转速转矩测量仪、二级联轴器、主动轮、主动轮支座、主动轮支撑轴承等。支撑板采用一体钢板形式，钢板上开有主动轮轮槽。这样的设置方式有益于增大支撑架及支撑板的结构强度，方便电动机等的布置，有益于电动机、转速转矩测量仪及主动轮的同轴转动，降低系统振动，提高试验精度。

固定部分用于配合主动轮通过拖缆拖带船模，主要包括固定架、从动轮、从动轮支座和从动轮支撑轴承等。从动轮支座用于通过从动轮支撑轴承支撑从动轮，使从动轮通过从动轮支撑轴承在从动轮支座内转动。固定架用于支撑从动轮、从动轮支座及从动轮支撑轴承，实现从动轮位置的固定。为了保证固定部分的结构强度减小振动，固定架采用方钢管、钢板焊接的形式，设有1块挂板、2根竖挂方钢管、2根斜拉长方钢管、2根横拉方钢管、2根斜拉短方钢管和1块底板。挂板上开有连接孔，用于实现固定架与拖车端壁的活连接。每根竖挂方钢管焊连于挂板上，上端与斜拉长方钢管上端焊连，下端与底板焊连。每根斜拉长方钢管另一端与底板焊连。底板上开有从动轮槽，用于容纳从动轮。从动轮通过从动轮支座及从动轮支撑轴承支撑，并使从动轮轴在从动轮支撑轴承内自由转动。固定架通过横拉方钢管和斜拉短方钢管增加结构强度。

拖缆为钢丝缆，由主动轮和从动轮联合拖动，直接拖曳船模。

测控部分用于控制电动机转速，采集和记录转速转矩测量仪内的转速、转矩数据，主要包括电动机控制器、计算机、数据采集与分析处理系统和供电电源。电动机控制器控制电动机开关和转速，控制器面板上设有电动机启动开关、调速旋钮、电源指示灯。数据采集与分析处理系统包括数据采集器和数据采集与分析处理软件，数据采集器用于采集转速转矩测量仪输出的信号，数据采集与分析处理软件用于记录并分析转速、转矩参数。供电电源用于向转速转矩测量仪供电。

本发明所涉及的缆拖式船模阻力试验装置的特点：（1）体积小，造价低，易于生产、加工和制造；（2）调试简单，易于维护和保养；（3）能耗低；（4）应用电测技术，试验精度较高，满足一般工程性试验的精度要求；（5）使用和操作方便，开展实验教学时有益于学生动手能力的培养；（6）易拆装，不用时从池体或槽体上拆下，不占用船模水池或水槽的空间。

本发明应用于一般工程性试验和高等学校教学实验的低能耗的缆拖式船模阻力试验，该装置不仅适用于船模拖曳水池，也适用于各类拖曳水槽。

附图说明

图1缆拖式船模阻力试验装置的结构俯视示意图。

图2动力部分结构示意图。

图3支撑架结构示意图。

图4固定部分结构示意图。

图5测控流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利的实施方案进行详细说明：

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明包括动力部分、拖缆、固定部分和测控部分。

所述动力部分主要包括电动机1、一级联轴器2、转速转矩测量仪3、二级联轴器4、主动轮5、支撑架6、主动轮支座14、主动轮支撑轴承15、支撑板16等。所述电动机1、一级联轴器2、转速转矩测量仪3、二级联轴器4、主动轮5、主动轮支座14及主动轮支撑轴承15等置于支撑板16上。所述主动轮5通过主动轮支撑轴承15置于主动轮支座14内，并可自由转动，主动轮5及主动轮支撑轴承15通过主动轮支座14活连接于支撑板16上。所述电动机1及转速转矩测量仪3与支撑板16活连接。所述电动机1的转轴与转速转矩测量仪3的左侧转轴通过一级联轴器2活连接。所述转速转矩测量仪3的右侧转轴与主动轮5的转轴通过二级联轴器4活连接。所述电动机转动后，通过一级联轴器2带动转速转矩测量仪3的转轴转动，进而通过二级联轴器4带动主动轮5的转轴及主动轮5转动。所述支撑板16为一体钢板，开有主动轮轮槽17，主动轮5可在主动轮轮槽17内转动。所述支撑板16置于支撑架6上，并与支撑架6固连。所述支撑架6为角钢、槽钢焊接架，包括4根上横槽钢18、2根下横槽钢19、4根竖连槽钢20、2根下横连角钢21、2根中横连角钢22,、4根竖挂槽钢23、4根横挂角钢24、2根横挂槽钢25、2根上横连角钢26。所述每根下横槽钢19的两端分别与每根竖挂槽钢23的底端焊连。所述每根上横槽钢18的一端与每根竖挂槽钢23的中部焊连，另一端与每根竖连槽钢20的上端焊连。每根竖连槽钢20的下端与下横槽钢19焊连。主动轮5一侧的竖连槽钢20与下横槽钢19的焊连处再通过下横连角钢21焊连。每个竖挂槽钢23的上端与横挂角钢24焊连。主动轮5一侧的两个竖挂槽钢23和上横槽钢18的焊连处再通过中横连角钢22焊连。每根上横连角钢26的两端分别与每侧的两个竖挂槽钢23上端和横挂角钢24的端部焊连。每根横挂槽钢25位于每侧的两个横挂角钢24的下方，两端分别与横挂角钢24的两端焊连。所述支撑架6的结构形式，电动机1、一级联轴器2、转速转矩测量仪3、二级联轴器4、主动轮5、主动轮支座14、主动轮支撑轴承15、支撑板16及架体的上横槽钢18、下横槽钢19、竖连槽钢20、下横连角钢21可经竖挂槽钢23、横挂角钢24、中横连角钢22、上横连角钢26，通过横挂槽钢25搭挂于船坞池壁的顶端，实现垂向限位。所述支撑架6的每根竖挂槽钢23上开有2个定位螺孔，通过旋紧定位螺孔内的定位螺栓横向固定动力部分的支撑架6。

所述固定部分主要包括1个固定架7、1个从动轮8、2个从动轮支座33、2个从动轮支撑轴承34等。所述固定架7包括1块挂板27、2根竖挂方钢管28、两根斜拉长方钢管29、2根横连方钢管30、两根斜拉短方钢管31和1块底板32。所述2根竖挂方钢管28焊连于挂板27上，每根竖挂方钢管28的上端与每根斜拉长方钢管29的上端焊连，下端与底板32焊连。所述斜拉长方钢管29的下端与底板32焊连。每根横连方钢管30，一端与斜拉长方钢管29的中部焊连，另一端与竖挂方钢管28的中部焊连。每根斜拉短方钢管31，一端焊连在横连方钢管30与斜拉长方钢管29的焊接处，另一端焊连在竖挂方钢管28与底板32的焊接处。所述挂板27上开有连接孔。从动轮8通过从动轮支撑轴承34置于从动轮支座33内，并能够自由转动。从动轮8通过从动轮支座33活连接在固定架7的底板32上，整个固定部分通过挂板27上的连接孔固定在拖车端壁上。

所述拖缆9为钢丝缆，由主动轮5和从动轮8联合拖动，直接拖曳船模。

所述测控部分主要包括电动机控制器10、计算机11、数据采集与分析处理系统、供电电源13。所述电动机控制器10控制电动机1的开关和转速，控制器面板上设有电动机启动开关、调速旋钮、电源指示灯。所述计算机11采用ThinkPad便携式笔记本电脑。所述转速转矩测量仪采用三晶SL06型转速转矩测量仪。所述数据采集与分析处理系统采用东华DH5920数据采集与分析处理系统。所述数据采集与分析处理系统包括数据采集器12和数据采集与分析处理软件，可实现多通道数字信号的采集与分析处理。数据采集与分析处理软件安装于计算机11内，可对数字信号进行记录与分析，获取数字信号的峰值、谷值、峰峰值和平均值。所述供电电源采用济南能华12V直流稳压供电电源，用于转速转矩测量仪的供电。

缆拖式船模阻力试验装置工作原理及工作工程：

所述电动机1、一级联轴器2、转速转矩测量仪3、二级联轴器4、主动轮5、主动轮支座14、主动轮支撑轴承15、支撑架6、支撑板16等通过支撑架6的竖挂槽钢23、横挂角钢24、横挂槽钢25等搭挂于船坞池壁上端，垂向限位。通过旋紧竖挂槽钢23上定位螺孔内的定位螺栓，顶住船坞池壁，实现支撑架6的横向固定。固定部分的从动轮8、从动轮支座33、从动轮支撑轴承34及固定架7等，通过固定架7挂板27上的连接孔与拖车端壁固定。拖缆9分别绕于主动轮5和从动轮8上。试验开始时，首先打开计算机11、电动机控制器10、数据采集器12、数据采集与分析处理软件，对软件进行清零和采零，然后旋转调速旋钮，调至设置转速，启动电动机控制器10的开关，电动机1转动，通过一级联轴器2带动转速转矩测量仪3的转轴转动，进而通过二级联轴器4带动主动轮5的转轴在主动轮支座14的轴承15内转动，主动轮5通过拖缆9，带动从动轮8转动，并采集此时转速转矩测量仪3上输出的转速和转矩参数。关闭电动机控制器10开关。然后重新对数据采集与分析处理软件进行清零和采零，然后再旋转调速旋钮，调至设置转速，启动电动机控制器10的开关，电动机1转动，通过一级联轴器2带动转速转矩测量仪3的转轴转动，进而通过二级联轴器4带动主动轮5的转轴在主动轮支座14的轴承15内转动，主动轮通过拖缆9，带动从动轮8转动，同时拖缆9以设定速度拖曳船模航行，进行船模阻力试验，此时在计算机11上的数据采集与分析处理软件上采集并记录转速转矩测量仪3上输出的转速、转矩参数，获得该速度下的船模阻力。同理再重新对数据采集与分析处理软件进行清零和采零，然后再旋转调速旋钮，设定拖航速度，启动电动机控制器10的开关，电动机1转动，通过一级联轴器2带动转速转矩测量仪3的转轴转动，进而通过二级联轴器4带动主动轮5的转轴在主动轮支座14的轴承15内转动，主动轮5通过拖缆9，带动从动轮8转动，同时拖缆9以再次设定的速度拖曳船模航行，进行船模阻力试验，此时再在计算机11上的数据采集与分析处理软件上采集并记录新的拖航速度下转速转矩测量仪3上输出的转速、转矩参数，获得新的速度下的船模阻力。依此类推，完成各个航速下的船模阻力试验。试验结束后，关闭电动机控制器10，关闭数据采集与分析处理软件，关闭数据采集器12，关闭计算机11。卸下拖缆9，从拖车端壁上拆除固定部分，旋松竖挂槽钢23上定位螺孔内的定位螺栓，从船坞池壁上卸下动力部分。

Claims (4)

1.一种缆拖式船模阻力试验装置，包括动力部分、拖缆、固定部分和测控部分；其特征是：所述动力部分包括安装在船坞池壁上的支撑架，安装在支撑架上的电动机、转速转矩测量仪、主动轮，电动机与转速转矩测量仪之间通过一级联轴器连接，转速转矩测量仪与主动轮之间通过二级联轴器连接；所述固定部分包括固定架和安装在固定架上的从动轮，固定架安装在拖车端壁上；拖缆分别绕于主动轮和从动轮上，实现对船模的拖曳；所述测控部分包括与电动机连接的电动机控制器、与转速转矩测量仪连接的数据采集器和控制计算机；

动力部分的支撑架为槽钢与角钢焊接架，由4根上横槽钢、2根下横槽钢、4根竖连槽钢、2根下横连角钢、2根中横连角钢、4根竖挂槽钢、4根横挂角钢、2根横挂槽钢和2根上横连角钢焊接而成；在支撑架上固定一支撑板，支撑板上开有主动轮轮槽，主动轮位于主动轮轮槽。

2.根据权利要求1所述的缆拖式船模阻力试验装置，其特征是：支撑架的每根下横槽钢的两端分别与竖挂槽钢焊连；每根上横槽钢的一端与竖挂槽钢焊连，另一端与竖连槽钢的上端焊连；每根竖连槽钢的下端与下横槽钢焊连；主动轮一侧的竖连槽钢与下横槽钢的焊连处再通过下横连角钢焊连；每个竖挂槽钢上端与横挂角钢焊连；每根中横连角钢的两端分别与每侧的两个竖挂槽钢中部和上横槽钢的端部焊连；每根上横连角钢的两端分别与每侧的两个竖挂槽钢上端和横挂角钢的端部焊连；每根横挂槽钢位于同侧横挂角钢的下方，两端分别与横挂角钢的端部焊连。

3.根据权利要求1或2所述的缆拖式船模阻力试验装置，其特征是：固定部分的固定架为钢管与钢板焊接架，由1块挂板、2根竖挂方钢管、2根斜拉长方钢管、2根横拉方钢管、2根斜拉短方钢管和1块底板焊接而成；挂板上开有4个螺栓孔，用于与拖车端壁面的活连接；底板上开有从动轮轮槽，从动轮位于从动轮轮槽内。

4.根据权利要求3所述的缆拖式船模阻力试验装置，其特征是：竖挂方钢管焊于挂板上；每根竖挂方钢管的上端与每根斜拉长方钢管的上端焊连，下端与底板的一端焊连；每根斜拉长方钢管的下端与底板的另一端焊连；每根横连方钢管的一端焊连于每根斜拉长方钢管的中间部位，另一端焊连于每根竖挂方钢管的中间部位，每根斜拉短方钢管的一端焊连于每根横连方钢管与每根斜拉长方钢管的焊点处，另一端焊连于每根竖挂方钢管与底板的焊点处。