CN107782529B - 一种船舶摇荡实验智能测控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种船舶摇荡实验智能测控装置，包括由上方桁架结构和设置在上方桁架结构下端的四个桩腿组成的刚性支架，上方桁架结构的中心位置设置有激光定位设备和步进调速电机，步进调速电机的输出端连接有圆柱形转动滚筒，每个桩腿上设置有连接环，每个连接环上设置有一圆柱滑环，每个圆柱滑环上固定安装有一自带锁紧机构的转轮，且四个转轮位于同一水平面上，四个转轮分别通过钢索与船模连接，圆柱形转动滚筒与四个圆柱滑环之间分别设置有传动带机构，四个传动带机构由上而下交错设置。本发明易于加工制造，应用广泛和操作方便，测量实验结果更准确，测试性能更优良，能够弥补船模拖曳水池因传统实验方法和实验设备局限，导致测量数据误差问题。

Description

一种船舶摇荡实验智能测控装置
技术领域
本发明涉及一种船舶摇荡实验智能测控装置，是一种对现有船模拖曳水池测量设备改造的，操作更加简单，结果更加准确，适用范围更加广阔的新型船舶水动力性能测量装置
背景技术
船模拖曳水池是水动力学实验的常用设备，可以开展船模在不同浪级、不同浪向角下的耐波性试验，分析研究船舶的耐波性能、各种减摇装置的效能，为验证船型及设计性能更优的船舶提供依据。
目前，在长方形拖曳水池进行船舶耐波性试验，一般限于实现迎浪实验、顺浪实验、横浪实验等。实验方法一般是将船模放在拖曳水池中部区域，待水面平静；用钢丝绳一端固定在船体，一端固定在水池两侧道轨；之后作业人员通过目测调整钢丝绳，进行船模浮态与位置修正。受测量设备、水池尺度和人为误差影响，会给试验带来很多不确定性，甚至错误结果，如：①船模在水池中进行位置固定，四周钢丝绳松紧程度无法保证完全一致，实验中船模受力不均匀，严重影响实验结果的准确性；②船模依靠四周钢丝绳固定时，倾斜角度无法保证一致，难以确定船模的浮态要求；③基于目前的传统实验方法，很难在一般拖曳水池中进行船舶斜浪条件下的耐波性实验；④即使在长方形拖曳水池里可以进行斜浪条件下的船模耐波性实验，由于水池造波机是通过推板产生的单方向波浪，通过调整四周钢丝绳位置间接调整船模角度，但此时无法确定船模旋转角度是否满足实验要求，实验可信度、实验结果准确度受到严重影响。
在拖曳水池里开展船舶耐波性性试验，不仅分析研究船舶在波浪条件下的耐波特性，而且对船舶安全航行和居住舒适性都是至关重要的。在拖曳水池中进行船舶在横浪、顺浪下实验，主要是研究分析船舶的各类减摇装置效果；进行船舶在迎浪、斜浪下实验，主要是研究分析船舶的首部砰击、甲板淹湿等情况。综合考虑到传统实验方法的局限性和为保证实验结果的可靠性、准确性，本专利发明了一种适用于船模在拖曳水池中开展不同浪级、不同浪向角下耐波性试验的新型船舶摇荡实验智能测控装置。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种易于加工制造,应用广泛和操作方便，测量实验结果更准确，测试性能更优良，能够弥补船模拖曳水池因传统实验方法和实验设备局限，导致测量数据误差问题的船舶摇荡实验智能测控装置。
本发明的目的是这样实现的：包括由上方桁架结构和设置在上方桁架结构下端的四个桩腿组成的刚性支架，在上方桁架结构的中心位置设置有激光定位设备和步进调速电机，步进调速电机的输出端连接有圆柱形转动滚筒，且圆柱形转动滚筒位于四个桩腿中间，每个桩腿上设置有连接环，每个连接环上设置有一圆柱滑环，每个圆柱滑环上固定安装有一自带锁紧机构的转轮，且四个转轮位于同一水平面上，四个转轮分别通过钢索与船模连接，圆柱形转动滚筒与四个圆柱滑环之间分别设置有传动带机构，四个传动带机构由上而下交错设置。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.连接环的内表面是与桩腿形状相配合的方形、外表面是圆形。
2.传动带机构包括设置在圆柱形转动滚筒上的主动带轮、设置在圆柱滑环上的从动带轮、安装在主动带轮和从动带轮之间传动带。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在拖曳水池中，进行船舶在不同浪级、不同浪向角下的耐波性实验(如船舶横浪实验、迎浪实验、顺浪实验、斜浪实验等)。船舶摇荡实验智能测控装置是在船舶拖曳水池里开展不同浪级、不同浪向下船舶耐波性实验，实验中依靠中央激光设备可以准确控制船舶位置，将其固定在该装置正中心；再依靠四个钢架柱腿上的转轮，可以高效准确地调整四根与船模连接的钢索，保证四根钢索的受力情况、与水平面夹角一致。通过步进调速电机带动中部转筒运动，中部转筒带动转轮，可以调整船模与波浪的夹角，进而满足船模在斜浪条件下的实验要求。使用船舶摇荡实验智能测控装置，可大大减小实验过程中由于传统实验方法、实验设备、人为误差等因素导致测量到的实验结果与真实情况不一致，甚至完全相反的结果。通过改变浪向角(即采用调整船模角度，达到斜浪实验要求)，可以分析研究船舶首底砰击、甲板淹湿以及与结构强度有关的波浪载荷等对船舶性能的影响；该装置利用率极高，能够进行任意角度下的船舶耐波性实验，包括：迎浪、15°斜浪、30°斜浪、45°斜浪、60°斜浪、横浪、顺浪等，验证船舶减摇装置效果，分析研究更加合理有效的减摇方式。船舶摇荡实验智能测控装置，造价低廉、操作简便、实验结果准确可靠，测量数据更加真实，可靠度更高，对于研究船舶水动力性能具有非常重要的意义。
附图说明
图1是本发明船舶摇荡实验智能测控装置的三维示意图；
图2是本发明船舶摇荡实验智能测控装置的侧视图；
图3是本发明船舶摇荡实验智能测控装置的刚性支架示意图；
图4是本发明船舶摇荡实验智能测控装置的俯视图；
图5是本发明船舶摇荡实验智能测控装置的刚性支架俯视图；
图6是本发明的转轮与圆柱形转动滚筒之间的的具体结构示意图一；
图7是本发明的转轮与圆柱形转动滚筒之间的的具体结构示意图二；
附图标记说明：1.船模主体，2.刚性支架，3.激光定位设备，4.步进调速电机，5.转轮，6.圆柱形转动滚筒，7.钢索，8.连接环，9.圆柱滑环，10.同步带机构。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图7，本发明的船舶摇荡实验智能测控装置包括船模主体1、由上方桁架结构和设置在上方桁架结构下端的四个桩腿组成的刚性支架2、激光定位设备3、步进调速电机4、四个带有锁紧装置的转轮5、中间大型圆柱形转动滚筒6、钢索7，连接环8，圆柱滑环9，同步带机构10。
在上方桁架结构的中心位置设置有激光定位设备和步进调速电机4，步进调速电机的输出端连接有圆柱形转动滚筒6，且圆柱形转动滚筒位于四个桩腿中间，每个桩腿上设置有连接环8，每个连接环上设置有一圆柱滑环9，每个圆柱滑环上固定安装有一自带锁紧机构的转轮5，且四个转轮位于同一水平面上，四个转轮分别通过钢索7与船模1连接，圆柱形转动滚筒与四个圆柱滑环9之间分别设置有传动带机构10，四个传动带机构由上而下交错设置。
本发明的四个桩腿(钢架柱腿)内部装有液压伸缩设备，可自动调整高度，保证上方桁架结构始终处于水平位置，四个柱腿彼此相互平行，垂直拖曳水池两侧轨道。
本发明的四个带有锁紧装置的转轮安装在圆柱滑环上，圆柱滑环设置在连接环上且可绕着连接环转动，连接环通过内表面的方形结构与桩腿连接，在连接环与圆柱滑环之间还可设置轴承，转轮的位置可根据实验需要自行上下调整，但必须保证四个转轮同一水平面，且转轮下端不能低于船舶甲板位置。
本发明的步进调速电机依据实验要求——船舶与浪向夹角，控制电机转速使四个转轮同步运动，满足船模实验的角度要求。
本发明的激光定位设备安装在该装置的正中央圆形凹槽，始终与水平面垂直，作为船舶位置确定的依据，保证实验结果的真实可靠。
本发明的船舶摇荡实验智能测控装置的四个柱腿依靠下部液压设备固定在拖曳水池两侧轨道(距离造波机至少15米，保证所造波浪达到船模时连续、稳定且满足实验要求)；柱腿上的四个转轮依据船模主尺度，自行调整位置(调整过程，需保证四个转轮在同一水平面，且距离船模甲板约0.5米)；四个连船钢索在尺寸、材质、规格上完全一样，与船模相连的位置点应在同一水平面(通常在设计水线处)；步进调速电机的功率要求主要与船模主尺度有关，依据船模水动力性能试验要求，选择合适尺度和功率的步进调速电机，其对应布置如图1所示。
试验中，依相关要求安装船模及其他实验设备，保证船舶摇荡实验智能测控装置正中央激光通过船模重心位置，装置的四个柱腿与拖曳水池轨道垂直；试验设备安装完毕，启动步进调速电机，依据实验中浪向角要求调整船模，满足实验要求。一段时间后，待船模稳定，先启动船模内部的实验测量设备，再开启造波机，根据实验要求，制造相应参数的波浪，进行相关水动力参数(如船模不同位置处的加速度、船模摇荡角度、复原周期等)的测量与记录。
为保证该装置在实验过程中能达到的所需强度要求，同时装置总重量不易过大，便于搬运；该装置上方刚性支架采用“三角形稳定性”原理，保证该装置的强度要求。同时，在钢架与柱腿连接处会产生较大应力，对装置强度会产生很大影响，所以在连接处进行加固，保证装置的实验安全性。
综上，本发明提供一种船舶摇荡实验智能测控装置。它包括四个钢架柱腿、四个带有锁紧装置的转轮、上方桁架结构、步进调速电机、激光定位设备、中间大型圆柱形转动滚筒。四个钢架柱腿内部装有液压伸缩机构，下方安装液压夹紧机构，可根据需要自动调整。该装置安在船舶拖曳水池两侧的轨道，依靠下方的液压机构固定在适当位置；上方桁架结构装有步进调速电机和激光定位设备，电机与下部圆柱形转筒连接，激光设备布置在装置正中间，作为船舶定位的依据；带锁紧装置的转轮上均匀分布12个圆孔，转轮通过圆柱滑环和连接环与对应的柱腿连接，进行船舶角度的调整，同时钢丝绳一边经圆孔与船舶连接，起到固定船舶作用；另一边与转轮相连，在圆柱形转动滚筒与四个圆柱滑环之间分别设置有传动带机构，实现转筒和转轮同步运动，依靠步进调速电机更加智能地控制船舶与浪向夹角。船舶摇荡实验智能测控装置可以在拖曳水池中进行不同浪向(迎浪、斜浪、横浪等)及浪级条件下船舶耐波性能的分析研究及测试其相关水动力性能。该装置结构合理、操作简便、成本低廉，实验结果准确可靠，测试性能更加优良，对该类试验意义重大。

Claims (3)

1.一种船舶摇荡实验智能测控装置，其特征在于：包括由上方桁架结构和设置在上方桁架结构下端的四个桩腿组成的刚性支架，在上方桁架结构的中心位置设置有激光定位设备和步进调速电机，步进调速电机的输出端连接有圆柱形转动滚筒，且圆柱形转动滚筒位于四个桩腿中间，每个桩腿上设置有连接环，每个连接环上设置有一圆柱滑环，每个圆柱滑环上固定安装有一自带锁紧机构的转轮，且四个转轮位于同一水平面上，四个转轮分别通过钢索与船模连接，圆柱形转动滚筒与四个圆柱滑环之间分别设置有传动带机构，四个传动带机构由上而下交错设置。
2.根据权利要求1所述的一种船舶摇荡实验智能测控装置，其特征在于：连接环的内表面是与桩腿形状相配合的方形、外表面是圆形。
3.根据权利要求1或2所述的一种船舶摇荡实验智能测控装置，其特征在于：传动带机构包括设置在圆柱形转动滚筒上的主动带轮、设置在圆柱滑环上的从动带轮、安装在主动带轮和从动带轮之间的传动带。
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