CN104062092B - 船模旋臂试验中的测量机构 - Google Patents

Abstract

船模旋臂试验中的测量机构，包括与拖车固接的中间座，升沉杆穿过中间座并可上下滑动，升沉杆下端与底板固接，底板上装有直线位移传感器，底板上端与钢丝绳连接，钢丝绳另一端绕过滑轮后与配重杆连接，配重杆在导向座内滑动，配重杆上设有配重；底板下端通过连接杆与四分量测力传感器固接，四分量测力传感器与纵摇座固接，纵摇座可转动设有纵摇轴，纵摇轴与旋转电位器连接，纵摇轴上固装有中框，中框两端分别与横摇固定座固接，横摇固定座上装有横摇角度盘，横摇固定座下端固接有连接船模的模型底座。本发明能够实现船模纵倾角、升沉位移以及船模在纵向、横向、横摇、艏摇四个运动方向上的水动力的测量。

Description

船模旋臂试验中的测量机构

技术领域

本发明涉及拘束船模试验技术领域，具体涉及用来测定船模作圆周运动时的水动力特性的船模旋臂试验，尤其涉及旋臂试验中连接在旋臂拖车和船模之间的用于测量回转过程中船模升沉位移、纵倾姿态变化、船模在四个运动方向（包括纵向、横向、横摇、艏摇）上的水动力的测量机构。

背景技术

拘束模型试验是目前获得船舶水动力导数的应用最为广泛的方法，即用机械的约束，强迫船模作规定的运动，如直线运动、回转运动等，在模型试验时，通过系统地改变船模的运动参数，测定作用在船模上的水动力，从而求得各水动力导数，而水动力导数是船舶操作性的重要指标之一。拘束模型试验中的旋臂试验是在旋臂水池中进行的，水池中间某立柱处有一旋臂，船模以一定漂角和舵角安装在旋臂下方拖车上，试验时,旋臂以一定的角速度运动,强迫船模按一定回转半径、一定的漂角和舵角作定常回转运动，用多分力测力传感器可以测量作用在船模上的水动力。获取船模操纵性水动力后，通过回归分析可以获得该船操纵运动数学模型中的水动力系数，结合船舶运动方程可以预报该船的操纵性能。

当船舶在高傅汝德数（又称弗劳德数、弗氏数或傅氏数）下自由航行时，会产生明显的升沉运动以及纵摇运动，一般情况，当傅汝德数大于0.24时，由于航行时船体下沉、纵倾和航行兴波的影响，船舶所受的水动力会发生变化，因此，为了模拟船舶在高傅汝德数下运动时的姿态变化情况，以准确获取船舶的操纵性水动力，需要设计高傅汝德数航行时的船模操纵性旋臂试验装置。而高傅汝德数航行时的船模旋臂试验除了需要船模常规带艏摇角运动，还需要船模能在垂向及纵摇方向是自由运动的，同时能还要进行变横倾水动力试验，目前还没有这种船模操纵性旋臂试验的测量装置，并且由于船模内部控制及旋臂水池的安装条件有限，需要该旋臂试验测量装置不易过大，这加大了旋臂试验测量装置的设计难度。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种船模旋臂试验中的测量机构，其能够实现船模纵倾角、升沉位移以及船模在纵向、横向、横摇、艏摇四个运动方向上的水动力的测量，能够满足旋臂水池试验要求。

本发明的技术方案如下：

船模旋臂试验中的测量机构，包括与拖车固接的中间座，升沉杆穿过中间座并可上下滑动，升沉杆的下端与底板固接，底板上装有直线位移传感器，底板上端与钢丝绳连接，钢丝绳另一端绕过滑轮后与配重杆连接，配重杆套设在导向座内，配重杆的下端固设有托盘，托盘用于放置配重，滑轮通过轴承装置装在安装座上，导向座与安装座固接；底板下端与连接杆连接，连接杆与四分量测力传感器固接，四分量测力传感器另一端与纵摇座固接，纵摇座上通过轴承装置装有纵摇轴，纵摇轴一端与旋转电位器连接，纵摇轴上固装有中框，中框的两端分别与横摇固定座固接，横摇固定座上固接有横摇角度盘，横摇固定座下端固接有模型底座，模型底座与船模连接。

其进一步技术方案为：

至少两根升沉杆穿过中间座并可沿中间座上下滑动，多根升沉杆对称设在钢丝绳的两侧。

所述升沉杆的外周套接有轴承套一，升沉杆的外周与轴承套一的内周面之间设有直线轴承一，轴承套一固接在中间座上。

所述配重杆的外周套接有轴承套二，配重杆的外周与轴承套二的内周面之间设有直线轴承二，轴承套二固接在导向座上。

所述升沉杆的上端固接有限位套。

所述纵摇座开有开口向上的U形槽，所述U形槽的两侧壁上通过轴承及轴承盖分别装有一根纵摇轴，其中一根纵摇轴通过联轴器与旋转电位器的伸出轴连接，中框的两侧壁分别固装在两根纵摇轴上。

所述中框的侧壁一端与纵摇轴的轴肩抵接，另一端通过锁紧螺母锁紧在纵摇轴上。

本发明的技术效果：

本发明所述测量机构中船模在垂向及纵摇方向是自由运动的，同时还能进行变横倾水动力试验，通过多分量测力传感器的设置，能够准确获取船舶的操纵性水动力，尤其是船舶在高傅汝德数航行时的船模操纵性水动力，同时通过纵摇方向上测量装置及垂向上测量装置的设置，能够对船模在回转运动过程中的升沉位移及纵倾角进行测量；本发明在进行水动力性能的测量过程中采用了随动式重量平衡机构的设置，克服了升沉杆、直线位移传感器、纵摇座等测量部件的自身重量对升沉位移测量产生的影响，且配重的位移采用了直线轴承导向，试验过程中不会随拖车高速运动而晃动，从而提高了测量的稳定性；本发明所述测量机构连接在旋臂拖车及被测船模之间，整个测量机构结构小巧，能够满足旋臂水池的试验要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的侧视结构示意图。

图3为图1中A-A剖视图。

其中：1、直线位移传感器；2、中间座；3、升沉杆；4、底板；5、钢丝绳；6、滑轮；7、配重杆；8、导向座；9、托盘；10、配重；11、安装座；12、连接杆；13、四分量测力传感器；14、纵摇座；15、纵摇轴；16、旋转电位器；17、中框；18、横摇固定座；19、横摇角度盘；20、模型底座；21、轴承套一；22、直线轴承一；23、轴承套二；24、直线轴承二；25、限位套；26、轴承及轴承盖；27、联轴器；28、锁紧螺母；29、拖车转盘；30、防撞垫；31、安装支座。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

见图1、图2、图3，本发明包括与旋臂拖车固接的中间座2，具体地，中间座2与拖车转盘29固接，升沉杆3穿过中间座2并可沿中间座2上下滑动，升沉杆3的下端与底板4固接，底板4上装有直线位移传感器1，底板4上端通过吊钩及耳环组件与钢丝绳5连接，钢丝绳5另一端绕过滑轮6后，通过吊钩及耳环组件与配重杆7连接，配重杆7套设在导向座8内，配重杆7的下端固设有托盘9，托盘9用于放置配重10，至少两个滑轮6通过轴承装置装在安装座11上，导向座8与安装座11固接，钢丝绳5一侧的配重10用于平衡钢丝绳5另一侧的升沉杆3以及随升沉杆3一起升降运动的测量装置的重量；底板4下端与连接杆12固接，连接杆12与四分量测力传感器13固接，四分量测力传感器13另一端与纵摇座14固接，纵摇座14上通过轴承装置装有纵摇轴15，纵摇轴15一端与旋转电位器16连接，纵摇轴15上固装有中框17，中框17的两端分别与横摇固定座18固接，横摇固定座18上固接有横摇角度盘19，横摇固定座18下端固接有模型底座20，模型底座20用来连接船模，横摇角度盘19用来调节船模的横倾角。

为了使整个测量机构结构平衡，至少两根升沉杆3穿过中间座2并可沿中间座2上下滑动，多根升沉杆3对称设在钢丝绳5的两侧。

进一步地，为了提高对升沉杆及配重杆升沉运动的导向精度，升沉杆3的外周套接有轴承套一21，升沉杆3的外周与轴承套一21的内周面之间设有直线轴承一22，轴承套一21固接在中间座2上，配重杆7的外周套接有轴承套二23，配重杆7的外周与轴承套二23的内周面之间设有直线轴承二24，轴承套二23固接在导向座8上；升沉杆3的上端固接有限位套25，用于升沉杆3升降运动的限位，同时，在限位套25上装有防撞垫30。

具体地，纵摇座14开有开口向上的U形槽，所述U形槽的两侧壁上通过轴承及轴承盖26分别装有一根纵摇轴15，其中一根纵摇轴15通过联轴器27与旋转电位器16的伸出轴连接，旋转电位器16通过安装支座31与纵摇座14固接，中框17的两侧壁分别固装在两根纵摇轴15上；中框17的侧壁一端与纵摇轴15的轴肩抵接，另一端通过锁紧螺母28锁紧在纵摇轴15上。

为了减轻整个测量机构的重量，中间座2及底板4为多孔板，通过在中间座3及底板4上多个孔的设置，减小机构的重量。

本发明的运行方式如下：

测量前，将船模（也可以是其他类型的水面模型）与模型底座20固接，且二者固定的位置尽可能靠近被测模型的重心位置，确保被测模型的航向与旋臂水池拖车的前进方向一致，安装座11与旋臂下方拖车固定连接，配重10的重量根据升沉杆3以及固装在升沉杆3下端的测量装置（包括底板4、连接杆12、四分量测力传感器13、直线位移传感器1、纵摇轴15、旋旋电位器16、横摇角度盘19及用于安装连接上述部件的纵摇座14、横摇固定座18、模型底座20、安装支座31）的重量总和而定。调节中框17与横摇角度盘19的固定位置，使被测船模调节至所需横倾角。

试验开始后，旋臂水池中的旋臂带动拖车回转运动，拖车带动中间座2回转运动，由于升沉杆3的中间连接作用，中间座2带动底板4做回转运动，由此带动与底板4连接为一体的纵摇测量机构、横摇测量机构以及船模一起做回转运动，通过利用安装在连接杆12和纵摇座14上的四分量测力传感器13，测定在该回转角速度下作用在被测船模上的四自由度操纵性水动力，即纵向力、横向力、横滚力矩、艏摇力矩，通过回转角速度的改变，可以测定被测模型在不同回转角速度下的四自由度操纵性水动力；在运动过程中，当被测船模发生升沉变化，被测船模带动升沉杆3上下移动，由底板4上的直线位移传感器1测定被测船模的升沉位移；当被测船模发生纵倾时，船模带动中框17纵摇运动，继而带动与中框17固接的纵摇轴15转动，在联轴器27的传递作用下，旋转电位器16的电阻发生变化，由数据采集与分析处理控制系统采集旋转电位器16的电阻变化，从而测得被测船模的纵倾角度。

通过改变横倾角，可以测定不同横倾角下作用在船模上的四自由度操纵性水动力、升沉位移及纵倾角，本发明在进行水动力性能的测量过程中采用了随动式重量平衡结构，克服了升沉杆、直线位移传感器1、纵摇座14等测量部件的自身重量对升沉位移测量产生的影响，提高了测量的精度及测量的稳定性。本发明所述测量机构连接在旋臂拖车及被测船模之间，整个测量机构结构小巧，能够满足旋臂水池的试验要求。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.船模旋臂试验中的测量机构，其特征在于：包括与拖车固接的中间座（2），升沉杆（3）穿过中间座（2）并可上下滑动，升沉杆（3）的下端与底板（4）固接，底板（4）上装有直线位移传感器（1），底板（4）上端与钢丝绳（5）连接，钢丝绳（5）另一端绕过滑轮（6）后与配重杆（7）连接，配重杆（7）套设在导向座（8）内，配重杆（7）的下端固设有托盘（9），托盘（9）用于放置配重（10），滑轮（6）通过轴承装置装在安装座（11）上，导向座（8）与安装座（11）固接；底板（4）下端与连接杆（12）连接，连接杆（12）与四分量测力传感器（13）固接，四分量测力传感器（13）另一端与纵摇座（14）固接，纵摇座（14）上通过轴承装置装有纵摇轴（15），纵摇轴（15）一端与旋转电位器（16）连接，纵摇轴（15）上固装有中框（17），中框（17）的两端分别与横摇固定座（18）固接，横摇固定座（18）上固接有横摇角度盘（19），横摇固定座（18）下端固接有模型底座（20），模型底座（20）与船模连接。

2.按权利要求1所述的船模旋臂试验中的测量机构，其特征在于：至少两根升沉杆（3）穿过中间座（2）并可沿中间座（2）上下滑动，多根升沉杆（3）对称设在钢丝绳（5）的两侧。

3.按权利要求1所述的船模旋臂试验中的测量机构，其特征在于：所述升沉杆（3）的外周套接有轴承套一（21），升沉杆（3）的外周与轴承套一（21）的内周面之间设有直线轴承一（22），轴承套一（21）固接在中间座（2）上。

4.按权利要求1所述的船模旋臂试验中的测量机构，其特征在于：所述配重杆（7）的外周套接有轴承套二（23），配重杆（7）的外周与轴承套二（23）的内周面之间设有直线轴承二（24），轴承套二（23）固接在导向座（8）上。

5.按权利要求1至4任一权利要求所述的船模旋臂试验中的测量机构，其特征在于：所述升沉杆（3）的上端固接有限位套（25）。

6.按权利要求1所述的船模旋臂试验中的测量机构，其特征在于：所述纵摇座（14）开有开口向上的U形槽，所述U形槽的两侧壁上通过轴承及轴承盖（26）分别装有一根纵摇轴（15），其中一根纵摇轴（15）通过联轴器（27）与旋转电位器（16）的伸出轴连接，中框（17）的两侧壁分别固装在两根纵摇轴（15）上。

7.按权利要求6所述的船模旋臂试验中的测量机构，其特征在于：所述中框（17）的侧壁一端与纵摇轴（15）的轴肩抵接，另一端通过锁紧螺母（28）锁紧在纵摇轴（15）上。