CN107144415A - 基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统 - Google Patents

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师超
刘长德
兰波
鲁江
韩阳
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Abstract

本发明涉及一种基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统，包括操舵系统，推进系统，船模内采集系统，岸上上位机，船模内下位机，无线网络通讯设备，岸上上位机采用实时操控系统，实时采集、记录和显示船模内下位机通过无线网络通讯设备传输的船模运动信号和操舵反馈信号，并根据船模运动信息实时计算操舵数值，通过无线网络通讯设备传送到船模内下位机，船模内下位机通过信号线将岸上上位机给出的操舵指令传送给操舵系统，并执行操舵动作，同时操舵信息反馈到船模内下位机，再传送到岸上上位机，岸上上位机给出螺旋桨转速，发出运动指令，通过无线网络通讯设备传送到船模内下位机，船模内下位机将指令发送到推进系统，船模运动。

Description

基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统
技术领域
本发明涉及船舶完整稳性模型试验测控系统领域，具体涉及完整稳性失效模式之一纯稳性丧失模型试验。
背景技术
第二代船舶完整稳性失效模式共五种：参数横摇、纯稳性丧失、过度加速度、瘫船稳性和骑浪/横甩。纯稳性丧失是完整稳性失效模式之一，是复原力臂“纯丧失”现象，船舶在随浪或艉斜浪中易发生该现象，其发生机理为：船舶复原力和水线面面积成正比，船舯位于波谷时，复原力变大，船舯位于波峰时，复原力变小，甚至稳性高变为负值。当船舶以较高航速在随浪中航行时，大的波浪以接近船速超越船体，通常波长等于船长，如果波峰在船中保持足够的时间，且船模甲板被波浪浸没，发生稳性损失，导致船体倾斜或倾覆。纯稳性丧失直接危胁到船船舶航行安全，会导致人员伤害、货物伤害，造成海难事故，因此建立准确的纯稳性丧失评估方法，探讨船型参数对纯稳性丧失薄弱衡准的影响，为船舶设计提供指导，避免海难事故发生就显得极为重要，而纯稳性丧失评估方法的准确性和可靠性的验证，模型试验是主要的技术途径，尤其是稳性涉及到船舶航行的安全，无法对恶劣海况下。
开展自航状态下纯稳性丧失模型试验，不仅需要对船模的运动信号，操舵信号等进行实时采集记录，还需对其运动进行控制。
发明内容
根据纯稳性丧失模型试验的研究特点，结合水池现有的试验测控技术，建立了基于自航模式纯稳性丧失模型试验测控系统，利用该系统可开展随浪和艉斜浪，船模为自航状态的纯稳性丧失试验。
本发明采用如下方案：
一种基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统，包括操舵系统，推进系统，船模内采集系统，岸上上位机，船模内下位机，无线网络通讯设备，岸上上位机采用实时操控系统，实时采集、记录和显示船模内下位机通过无线网络通讯设备传输的船模运动信号和操舵反馈信号，并根据船模运动信息实时计算操舵数值，通过无线网络通讯设备传送到船模内下位机，船模内下位机通过信号线将岸上上位机给出的操舵指令传送给操舵系统，并执行操舵动作，同时操舵信息反馈到船模内下位机，再传送到岸上上位机，岸上上位机给出螺旋桨转速，发出运动指令，通过无线网络通讯设备传送到船模内下位机，船模内下位机通过信号线将指令发送到推进系统，船模按推进系统指定转速运动。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述船模内采集系统结构包括：蓄电池组，控制器，陀螺和传感器，蓄电池组为控制器、陀螺及传感器提供工作电源，控制器有输入及输出端口，控制器的输入端口实时接收操舵系统反馈的操舵信息以及陀螺和传感器采集的船模运动信号，同时接收岸上采集系统发出的操舵等指令，控制器的输出端口将操舵信息，船模运动信息通过无线网络通讯设备传送到岸上采集系统，同时动作指令通过信号线传送给相应的操舵系统及推进系统。
操舵系统包括，舵机、舵及第一金属杆件，舵机及舵之间通过第一金属杆件连接，舵机通过信号线接收船模内采集系统发出的操舵指令，通过第一金属杆件带动舵转动，并将转动舵角信息反馈到船模内采集系统。
推进系统包括，螺旋桨、电机、驱动器、蓄电池组、电源逆变器及第二金属杆件，电源逆变器将蓄电池组的24V直流电源转换为220V/50Hz交流电源后为电机提供工作电源，驱动器接收船模内采集系统发出的动作指令，并通过信号线传送到电机，电机通过第二金属杆件带动螺旋桨。
本发明的技术效果在于：
本发明的基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统，利用无线网络通讯设备实现了船模内控制/采集系统与岸上的控制/采集系统的信息交换，可对船模的运动信号，操舵信号等进行实时采集记录，同时可对船模进行实时控制，能够应用于波浪中纯稳性丧失模型试验，研究波浪条件，航速等因素的影响，为纯稳性丧失评估方法提供有效可靠的验证数据。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为上上位机示意图。
图中：1、舵机；10、陀螺；11、船模内下位机；13、无线网络通讯设备；14、岸上上位机；15、第一金属杆件；16、第二金属杆件；2、舵；3、螺旋桨；4、电机；5、驱动器；6、蓄电池组；7、电源逆变器；8、传感器；9、控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1、图2所示，本实施例的基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统，包括操舵系统，推进系统，船模内采集系统，岸上上位机14，船模内下位机11，无线网络通讯设备13，岸上上位机14采用实时操控系统，实时采集、记录和显示船模内下位机11通过无线网络通讯设备13传输的船模运动信号和操舵反馈信号，并根据船模运动信息实时计算操舵数值，通过无线网络通讯设备13传送到船模内下位机11，船模内下位机11通过信号线将岸上上位机14给出的操舵指令传送给操舵系统，并执行操舵动作，同时操舵信息反馈到船模内下位机11，再传送到岸上上位机14，岸上上位机14给出螺旋桨3转速，发出运动指令，通过无线网络通讯设备13传送到船模内下位机11，船模内下位机11通过信号线将指令发送到推进系统，船模按推进系统指定转速运动。
船模内采集系统结构包括：蓄电池组6，控制器9，陀螺10和传感器8，蓄电池组6为控制器9、陀螺10及传感器8提供工作电源，控制器9有输入及输出端口，控制器9的输入端口实时接收操舵系统反馈的操舵信息以及陀螺10和传感器8采集的船模运动信号，同时接收岸上采集系统发出的操舵等指令，控制器9的输出端口将操舵信息，船模运动信息通过无线网络通讯设备13传送到岸上采集系统，同时动作指令通过信号线传送给相应的操舵系统及推进系统。
操舵系统包括，舵机1、舵2及第一金属杆件15，舵机1及舵2之间通过第一金属杆件15连接，舵机1通过信号线接收船模内采集系统发出的操舵指令，通过第一金属杆件15带动舵转动，并将转动舵角信息反馈到船模内采集系统。
推进系统包括，螺旋桨3、电机4、驱动器5、蓄电池组6、电源逆变器7及第二金属杆件16，电源逆变器7将蓄电池组6的24V直流电源转换为220V/50Hz交流电源后为电机4提供工作电源，驱动器5接收船模内采集系统发出的动作指令，并通过信号线传送到电机4，电机4通过第二金属杆件16带动螺旋桨3。
以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (4)

1.一种基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统，其特征在于：包括操舵系统，推进系统，船模内采集系统，岸上上位机(14)，船模内下位机(11)，无线网络通讯设备(13)，岸上上位机(14)采用实时操控系统，实时采集、记录和显示船模内下位机(11)通过无线网络通讯设备(13)传输的船模运动信号和操舵反馈信号，并根据船模运动信息实时计算操舵数值，通过无线网络通讯设备(13)传送到船模内下位机(11)，船模内下位机(11)通过信号线将岸上上位机(14)给出的操舵指令传送给操舵系统，并执行操舵动作，同时操舵信息反馈到船模内下位机(11)，再传送到岸上上位机(14)，岸上上位机(14)给出螺旋桨(3)转速，发出运动指令，通过无线网络通讯设备(13)传送到船模内下位机(11)，船模内下位机(11)通过信号线将指令发送到推进系统，船模按推进系统指定转速运动。
2.根据权利要求1所述的基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统，其特征在于：所述船模内采集系统结构包括：蓄电池组(6)，控制器(9)，陀螺(10)和传感器(8)，蓄电池组(6)为控制器(9)、陀螺(10)及传感器(8)提供工作电源，控制器(9)有输入及输出端口，控制器(9)的输入端口实时接收操舵系统反馈的操舵信息以及陀螺(10)和传感器(8)采集的船模运动信号，同时接收岸上采集系统发出的操舵等指令，控制器(9)的输出端口将操舵信息，船模运动信息通过无线网络通讯设备(13)传送到岸上采集系统，同时动作指令通过信号线传送给相应的操舵系统及推进系统。
3.根据权利要求1所述的基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统，其特征在于：操舵系统包括，舵机(1)、舵(2)及第一金属杆件(15)，舵机(1)及舵(2)之间通过第一金属杆件(15)连接，舵机(1)通过信号线接收船模内采集系统发出的操舵指令，通过第一金属杆件(15)带动舵转动，并将转动舵角信息反馈到船模内采集系统。
4.根据权利要求1所述的基于自航方式纯稳性丧失模型试验测控系统，其特征在于：推进系统包括，螺旋桨(3)、电机(4)、驱动器(5)、蓄电池组(6)、电源逆变器(7)及第二金属杆件(16)，电源逆变器(7)将蓄电池组(6)的24V直流电源转换为220V/50Hz交流电源后为电机(4)提供工作电源，驱动器(5)接收船模内采集系统发出的动作指令，并通过信号线传送到电机(4)，电机(4)通过第二金属杆件(16)带动螺旋桨(3)。
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