CN103759872A - 用于海洋平台模型振荡试验的多自由度测力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海洋平台模型振荡试验的多自由度测力装置，包括：运动传递盘、连杆支座、连接杆件、三分力传感器、滑轮支撑、固定方板；运动传递盘与强迫运动机构连接，是整个装置的基座盘，连杆支座固定在运动传递盘或三分力传感器上，连接杆件连接两个连杆支座，或连接连杆支座与滑轮支撑，三分力传感器上下端面分别与连杆支座和固定方板连接，滑轮支撑与连接杆件连接，并支承在固定方板上，固定方板固定在海洋平台模型上，或与三分力传感器连接，或支承滑轮支撑。本发明的多自由度测力装置结构简单，功能明确，可重复使用，满足不同自由度不同干舷高度试验工况下海洋平台模型强迫振荡试验的测力需要。

Description

用于海洋平台模型振荡试验的多自由度测力装置

技术领域

本发明涉及一种船舶与海洋工程技术领域的装置，尤其涉及一种用于海洋工程模型振荡试验的多自由度测力装置。

背景技术

海洋工程模型试验是在试验水池中根据相似原理，将海洋平台按照一定比例缩制成平台模型，同时，将海洋环境参数换算为模型值，模拟海洋平台在实际海洋环境中表现，从而预报海洋结构物的水动力性能。其中，振荡试验是根据势流理论，通过强迫运动机构使平台模型在试验水池中分别进行六个自由度的往复运动，测量平台受到的力或力矩，从而换算成附加质量、势流阻尼等水动力系数矩阵，对于预报海洋平台在海洋中的载荷具有重要意义。在振荡试验中，准确测量平台在运动过程中所受到的力是十分重要的。

测力装置在多种形式的强迫运动试验中广泛使用。在海洋平台模型试验中，目前实验室一般采取搭建使用于特定试验内容的临时结构进行测力。这种做法，解决了一些实际问题，但是存在测量误差大、结构不稳固、操作不方便、功能单一以及不可重复利用等弊端。

根据试验测力过程精确性、安全性、简易性的要求，本领域的技术人员致力于设计开发一种适用于海洋平台模型振荡试验的测力装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于多自由度振荡试验的测力装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于海洋平台模型振荡试验的多自由度测力装置，包括：运动传递盘、连杆支座、连接杆件、三分力传感器、滑轮支撑、固定方板；其中：运动传递盘与强迫运动机构连接并起传递运动的作用，运动传递盘是整个多自由度测力装置的基座盘；连杆支座固定在运动传递盘或三分力传感器上，连杆支座用于锁紧连接杆件的位置；连接杆件连接两个连杆支座，或连接连杆支座与滑轮支撑，连接杆件起连接和调整平台吃水的作用；三分力传感器上下端面分别与连杆支座和固定方板连接，三分力传感器能够测量受力的大小；滑轮支撑与连接杆件连接，并支承在固定方板上；固定方板固定在海洋平台模型上，或与三分力传感器连接，或支承滑轮支撑。

进一步地，运动传递盘为中心开孔并带方形套筒的铝质圆盘。

进一步地，运动传递盘通过虎口夹与平动机构夹持在一起，或者通过套筒锁紧与转动机构转动轴连接，或者通过螺丝连接垂向运动机构。

进一步地，运动传递盘下表面均匀分布四个连杆支座，连杆支座通过螺丝与运动传递盘连接。

进一步地，连杆支座为圆筒支座；连接杆件的端部伸进连杆支座的圆筒中，并利用圆筒上的锁紧螺丝对连接杆件的端部进行固定；利用螺丝将连杆支座的连接部连接于运动传递盘或三分力传感器。

进一步地，连接杆件为一系列不同长度的铝制圆杆。

进一步地，连接杆件的端部伸进连杆支座的圆筒中或滑轮支撑的圆筒中，根据需要选择连接杆件的尺寸以及调整伸进连杆支座的圆筒或伸进滑轮支撑的圆筒的长度，以满足海洋平台模型试验不同干舷高度的要求。

进一步地，三分力传感器是一种能够测量两两正交的X、Y、Z三个直角坐标轴方向受力大小的测力仪器；三分力传感器的上端面与连杆支座连接，下端面与固定方板连接。

进一步地，滑轮支撑为一种圆筒与滑轮组合的结构；滑轮支撑的圆筒用于与连接杆件锁紧连接，滑轮支撑的滑轮与固定方板接触，起支承保护作用。

进一步地，固定方板为固定于海洋平台模型的甲板上的铝制方板；固定方板与三分力传感器连接，或者固定方板支承滑轮支撑。

本发明的工作原理为：本装置的运动传递盘通过相应的方式与不同自由度的强迫运动机构连接在一起。强迫运动依次通过运动传递盘、连杆支座、连接杆件、三分力传感器和固定方板传递到平台模型，使其作某个自由度的强迫运动。三分力传感器在运动传递的过程中，测量模型平台作强迫运动的受力。滑轮支撑在部分试验中使用，起保持平台模型稳定，保护三分力传感器的作用。此外，通过选用不同长度的连接杆件以及调整连接杆件伸进连杆支座或滑轮支撑的长度，可以使本装置满足不同平台模型的吃水要求。

本发明的有益技术效果是：通过本装置将强迫运动机构和海洋平台模型结合在一起，可以传递预定的运动，同时，测量得到力的时间历程。通过调整三分力传感器以及滑轮支撑的分布，可以满足平台模型六自由度强迫运动测力要求。同时，通过调整连接杆件的长度，可以方便调整平台模型的吃水深浅。此装置设计合理，测量精度高，结构安全稳定，使用简便，可以重复利用，能够有效解决强迫振荡试验中频繁搭建测力结构以及测量误差大的实际问题。通过选择与运动机构相应的连接方式，调整三分力传感器和滑轮支撑的分布方式，选择连接杆件的型号和伸进长度，可以满足不同自由度不同干舷高度试验工况下海洋平台模型强迫振荡试验的测力需要。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明一个较佳实施例的多自由度测力装置的三维结构图；

图2为图1中所示多自由度测力装置的另一视角的三维结构图；

图3为图1中所示多自由度测力装置的结构正视图；

图4为图1中所示多自由度测力装置测量纵荡、横荡运动力示意图；

图5为图1中所示多自由度测力装置测量垂荡运动力示意图；

图6为图1中所示多自由度测力装置测量纵摇、横摇运动力示意图；

图7为图1中所示多自由度测力装置测量首摇运动力示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明针对现有技术的不足，设计提供一种专门用于海洋平台模型振荡试验的更通用、更精确的多自由度测力装置。该装置通过改变三分力传感器4和滑轮支撑5的分布，满足不同自由度强迫振荡运动的测力要求，同时，调节连接杆件3的长度以适合不同平台模型不同干舷高度的试验条件。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：运动传递盘1、连杆支座2、连接杆件3、三分力传感器4、滑轮支撑5、固定方板6。

运动传递盘1为中心开孔带方形套筒的铝质圆盘，通过不同的方式与强迫运动机构连接，运动传递盘1可通过虎口夹与平动机构夹持在一起，或者通过套筒锁紧与转动机构转动轴连接，或者通过螺丝连接垂向运动机构。运动传递盘1是整个测力装置的基座盘，并起传递运动的作用。运动传递盘1下表面均匀分布四个连杆支座，两者通过螺丝连接。

连杆支座2为圆筒支座。连杆支座2用于锁紧连接杆件3的位置，连接杆件3的端部可以伸进连杆支座2的圆筒中，并利用圆筒上的锁紧螺丝对其进行固定。连杆支座2的支座可以利用螺丝连接运动传递盘1或三分力传感器4，并固定在运动传递盘1或三分力传感器4上。

连接杆件3为一系列不同长度的铝制圆杆。连接杆件3连接两个连杆支座或连接连杆支座2与滑轮支撑5，连接杆件3的端部伸进连杆支座2或滑轮支撑5的圆筒中，可根据需要选择连接杆件3的尺寸以及调整伸进圆筒的长度，连接杆件3有连接和调整平台吃水的作用，以满足平台模型试验不同干舷高度的要求。

三分力传感器4上端面与连杆支座2连接，下端面与固定方板6连接。三分力传感器4是一种能够测量两两正交的X、Y、Z三个直角坐标轴方向受力大小的测力仪器。

滑轮支撑5为一种圆筒与滑轮组合的结构，滑轮支撑5与连接杆件3连接，并支承在固定方板6上。圆筒用于与连接杆件3锁紧连接，滑轮与固定方板6接触，起支承保护作用。

固定方板6为固定于平台模型甲板上的铝制方板。固定方板6固定在平台模型的合适位置上，或与三分力传感器4连接，或支承滑轮支撑5。

如图1所示，本发明的基本原理是运动传递盘1采用相应的连接方式与单自由度运动机构连接，强迫运动依次经过连杆支座2、连接杆件3、连杆支座2、三分力传感器4和固定方板6传递给平台模型。通过调整三分力传感器4和滑轮支撑5的分布，满足不同自由度强迫运动测力要求。此外，通过选择连接杆件3的型号以及调整其伸进连杆支座2的尺寸，可以满足不同干舷模型试验的需要。这一发明在海洋平台模型振荡试验中，适用于绝大部分试验工况，具有可重复利用、安装方便、精确度高等优点。

在海洋工程中，在三维笛卡尔坐标系OXYZ中，假定Z轴方向竖直向上，平台沿着X、Y、Z方向的往复运动分别称为纵荡、横荡和垂荡，绕X、Y、Z方向的往复转动分别称为横摇、纵摇和首摇。在平台模型试验中，纵荡、横荡和垂荡需要准确获得运动方向的力，而横摇、纵摇和首摇需要获得相应的力矩。在测力过程中，一般使用较少传感器测量以减少误差。以下详述本发明的多自由度测力装置的使用方法。

图4为本发明测量纵荡、横荡运动力示意图。图中箭头、圆点和叉号分别示意水平、向上、向下的受力方向。这种情况只需要使用两个三分力传感器4，测量水平方向上的力的历程。另外，两个滑轮支撑5位于两侧，与固定方板6点接触，只存在竖直方向的力，对水平力的测量没有影响。滑轮支撑5防止平台运动过程中扭转，能够保护三分力传感器4。

图5为本发明测量垂荡运动力示意图。图中圆点和叉号分别示意向上、向下的受力方向。这种情况使用四个三分力传感器4，测量竖直方向上的力的历程。

图6为本发明测量纵摇、横摇运动力示意图。图中圆点和叉号分别示意向上、向下的受力方向。这种情况只需要使用两个三分力传感器4，测量竖直方向上的力的历程。另外，两个滑轮支撑5位于转动中心轴上，与固定方板6点接触，由于力臂为零，对力矩的测量没有影响。滑轮支撑5防止平台运动过程中扭转，能够保护三分力传感器4。

图7为本发明测量首摇运动力示意图。图中箭头分别示意水平的受力方向。这种情况使用四个三分力传感器4，测量水平方向上的力的历程。

此外，不同型号的连接杆件3的长度不同。根据需要选用合适型号的连接杆件3，同时，调节连接杆件3伸入深度，达到调节平台模型干舷大小的目的。如此，本发明能够满足任意干舷大小，多个自由度平台模型振荡试验的测力要求。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于海洋平台模型振荡试验的多自由度测力装置，其特征是，包括：运动传递盘、连杆支座、连接杆件、三分力传感器、滑轮支撑、固定方板；其中：

所述运动传递盘与强迫运动机构连接并起传递运动的作用，所述运动传递盘是整个所述多自由度测力装置的基座盘；

所述连杆支座固定在所述运动传递盘或所述三分力传感器上，所述连杆支座用于锁紧所述连接杆件的位置；

所述连接杆件连接两个所述连杆支座，或连接所述连杆支座与所述滑轮支撑，所述连接杆件起连接和调整平台吃水的作用；

所述三分力传感器的上下端面分别与所述连杆支座和所述固定方板连接，所述三分力传感器能够测量受力的大小；

所述滑轮支撑与所述连接杆件连接，并支承在所述固定方板上；

所述固定方板的下表面固定在所述海洋平台模型上；所述固定方板的上表面与所述三分力传感器连接或者支承所述滑轮支撑。

2.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述运动传递盘为中心开孔并带方形套筒的铝质圆盘。

3.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述运动传递盘通过虎口夹与平动机构夹持在一起，或者所述运动传递盘通过套筒锁紧与转动机构转动轴连接，或者所述运动传递盘通过螺丝连接垂向运动机构。

4.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述运动传递盘的下表面均匀分布四个所述连杆支座，所述连杆支座通过螺丝与所述运动传递盘连接。

5.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述连杆支座为圆筒支座；所述连接杆件的端部伸进所述连杆支座的圆筒中，并利用所述圆筒上的锁紧螺丝对所述连接杆件的端部进行固定；利用螺丝将所述连杆支座的连接部连接于所述运动传递盘或所述三分力传感器。

6.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述连接杆件为一系列不同长度的铝制圆杆。

7.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述连接杆件的端部伸进所述连杆支座的圆筒中或所述滑轮支撑的圆筒中，根据需要选择所述连接杆件的尺寸以及调整伸进所述连杆支座的圆筒或伸进所述滑轮支撑的圆筒的长度，以满足海洋平台模型试验不同干舷高度的要求。

8.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述三分力传感器是一种能够测量两两正交的X、Y、Z三个直角坐标轴方向受力大小的测力仪器；所述三分力传感器的上端面与所述连杆支座连接，所述三分力传感器的下端面与所述固定方板连接。

9.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述滑轮支撑为一种圆筒与滑轮组合的结构；所述滑轮支撑的圆筒用于与所述连接杆件锁紧连接，所述滑轮支撑的滑轮与所述固定方板接触，起支承保护作用。

10.根据权利要求1所述的多自由度测力装置，其特征是，所述固定方板为固定于所述海洋平台模型的甲板上的铝制方板；所述固定方板与所述三分力传感器连接，或者所述固定方板支承所述滑轮支撑。

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