CN109436193A - 一种实验港池内船舶水流力快速测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，包括若干根支撑杆，支撑杆竖直设置在实验港池内，支撑杆顶部均安装有滑轮，滑轮上可升降的吊设有流动隔离器，流动隔离器通过滑轮套设在支撑杆外。支撑杆所围成的区域内设置有船模，船模上竖直设置有导轨，导轨顶端安装有可驱动导轨转动的旋转器，旋转器与支撑杆固定连接。船模上安装有压力传感器，流动隔离器所围成的区域内设置有流速仪和波高仪，压力传感器、流速仪和波高仪均连通计算机。本发明通过流动隔离器升降可以实现内部流场的快速静止，提高试验效率和精度，并且充分考虑到地形及水位变化对船舶水流力带来的影响，为船舶型线设计及码头系泊设计提供了快速有效的试验比选方案。

Description

一种实验港池内船舶水流力快速测量装置

技术领域

本发明属于船舶与海洋工程领域，尤其是涉及船舶阻力性能的测试领域，具体为一种实验港池内船舶水流力快速测量装置。

背景技术

船舶水流力是指水对船体水线以下部分产生的作用力，随着流向角改变可分为横向水流力和纵向水流力，船体水下迎流面直接决定了其水流力的变化趋势。规范中所给出的水流力经验公式逐渐不能满足船舶设计的精确性和新型船舶的型线变化。在传统测试方法中，往往是先确定压载和吃水，将船舶固定在测量台上，但这样忽略了水位变化对船舶水下体积的影响，并且不能考虑到水流波动对船舶运动姿态的改变。

船舶水流力是衡量船舶水动力性能的重要指标，合理的型线设计将有助于减少船舶阻力，并且船舶水流力计算在码头系泊系统设计及船舶动力定位方面都有重要作用。但传统在拖曳水池中进行的水流力测试中，水体是静止的，与实际情况下流体的水运动学条件不符，而且等待水面静止需要较长时间，降低测试效率。另外拖曳水池无法考虑地形对流体扰动而产生的影响，尤其是在码头系泊试验中，航车难以布置众多的防撞垫及系缆点。

在实验港池中进行试验时，传统方法通常需要在地基上用石墨打上旋转角度标识，或者用打入膨胀螺丝固定标识线来用作改变流向的参考依据，但在运用中往往标识的角度有限，且因水的冲刷和折射现象必然对试验精度造成影响，甚至对地基造成破坏。在改变试验工况时需要对仪器在静水条件下调零，而由于水池面积较大，等待水面平静需要大量时间，因而限制了试验效率和精度。目前现有的仪器设备还并不能提供一种实验港池中船舶水流力计算快速试验装置及方法，这对模拟真实海况、地形下船舶不同转角下水流力特性带来了困难和挑战。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，可以实现在船舶水流力测试中对仪器快速调零及变更流向角，同时考虑船模升沉运动，输出实时压力、流速、水位进行数据处理分析。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，包括若干根支撑杆，所述支撑杆竖直设置在港池内，所述支撑杆围绕成矩形，所述支撑杆顶部均安装有滑轮，所述滑轮上可升降的吊设有环形的流动隔离器，所述流动隔离器通过滑轮套设在支撑杆外；

所述支撑杆所围成的区域内设置有船模，所述船模上竖直设置有导轨，所述导轨顶端安装有可驱动导轨转动的旋转器，所述旋转器与支撑杆固定连接；

所述船模上安装有压力传感器，所述压力传感器连通外界的计算机；

所述流动隔离器所围成的区域内设置有流速仪和波高仪，所述流速仪和波高仪均连通计算机。

进一步的，所述流动隔离器外切于支撑杆所围成的矩形框。

进一步的，所述流动隔离器上开设有通孔。

进一步的，所述透明环为透明结构。

进一步的，所述压力传感器包括横向压力传感器和纵向压力传感器，所述纵向压力传感器分别安装在船模的迎流面和背流面，所述横向压力传感器分别安装在船模上与纵向压力传感器相邻的两侧。

进一步的，所述旋转器上标示有显示旋转角度的刻度。

进一步的，实验港池底部设置有吸水泵和抽水泵。

本发明的有益效果为：

本发明装置通过流动隔离器升降可以实现内部流场的在保证内外水位一致的情况下快速静止，能大幅度提高试验效率和精度，并且充分考虑到地形及水位变化对船舶水流力带来的影响，为船舶型线设计及码头系泊设计提供了快速有效的试验方案。本发明也通过旋转器可以实现在船舶水流力测试中对仪器快速调零及变更流向角，提高了实验精度和效率。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图；

图2是本发明装置的俯视结构示意图；

图3是本发明中压力传感器的安装示意图。

附图标记说明：

1-滑轮、2-计算机、3-流速仪、4-导轨、5-流动隔离器、6-船模、7-支撑杆、8-旋转器、9-横向压力传感器、10-纵向压力传感器、11-波高仪、12-吸水泵、13-抽水泵。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1至图3所示，一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，包括若干根支撑杆7，支撑杆7竖直设置在实验港池内，且支撑杆7围绕成矩形，本发明中相邻支撑杆7的距离为3m。支撑杆7顶部均固定安装有滑轮1，滑轮1上可升降的吊设有环形的流动隔离器5，流动隔离器5通过滑轮1套设在支撑杆7外，流动隔离器5外切于支撑杆7所围成的矩形框。流动隔离器5上开设有通孔，使得在调整工况时，流动隔离器5内外侧水位保持一致，便于仪器调零。本发明中流动隔离器5为透明结构，便于人员观测及摄像机拍摄港池内流场运动。

支撑杆7所围成的区域内设置有船模6，船模6上竖直设置有导轨4，导轨4顶端安装有可驱动导轨4转动的旋转器8，旋转器8上标示有0-360度的用于显示旋转角度的刻度标识。旋转器8与支撑杆7固定连接，当旋转器8驱动导轨4转动时，导轨4带动船模6转动。在改变流向角α时，只需要调整旋转器8即可实现，不必根据地基上的标识先来旋转角度，大大提升了试验精度和效率。

船模6上安装有压力传感器，压力传感器连通外界的计算机2。压力传感器包括横向压力传感器9和纵向压力传感器10，纵向压力传感器10分别安装在船模6的迎流面和背流面，横向压力传感器9分别安装在船模6上与纵向压力传感器10相邻的两侧。当旋转器8驱动导轨4转动时，横向压力传感器9和纵向压力传感器10相对于船模的位置不变。

流动隔离器5所围成的区域内设置有流速仪3和波高仪11，流速仪3和波高仪11均连通计算机2。

本发明实验港池底部设置有吸水泵12和抽水泵13，结合流速仪3，调节吸水泵12和抽水泵13来调节和标定港池内流速大小。

当测量时，流动隔离器5通过滑轮1提起并离开水面，当测量停止时，流动隔离器5下降形成一个相对封闭的内部流场，水流在流动隔离器5的反射作用下快速消耗能量并静止，此时人员可以通过计算机2对横向压力传感器9、纵向压力传感器10重新调零，无需等待整个水面静止，此时流速仪3与波高仪11把数据传给计算机2，人员可根据其数据判断流场平静度是否达到要求。

为减少水流波动对水流力的影响，在采集数据时，流速仪3与波高仪11会针对实时采集的流速、波高变化传递给计算机2，进行无量纲处理，无量纲化表达式为：

F′_x＝F_x·V^-2

F′_y＝F_y·V^-2

综上所述，本发明的一种实验港池内船舶水流力快速测量装置能够在试验场地更加精准快速地进行船模水流力测量，同时消除了水位变化对船舶水流力的影响，并完成相关数据分析，给基于模型试验手段模拟真实水流作用下的船舶水流力特性提供帮助。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，其特征在于：包括若干根支撑杆(7)，所述支撑杆(7)竖直设置在港池内，所述支撑杆(7)围绕成矩形，所述支撑杆(7)顶部均安装有滑轮(1)，所述滑轮(1)上可升降的吊设有环形的流动隔离器(5)，所述流动隔离器(5)通过滑轮(1)套设在支撑杆(7)外；

所述支撑杆(7)所围成的区域内设置有船模(6)，所述船模(6)上竖直设置有导轨(4)，所述导轨(4)顶端安装有可驱动导轨(4)转动的旋转器(8)，所述旋转器(8)与支撑杆(7)固定连接；

所述船模(6)上安装有压力传感器，所述压力传感器连通外界的计算机(2)；

所述流动隔离器(5)所围成的区域内设置有流速仪(3)和波高仪(11)，所述流速仪(3)和波高仪(11)均连通计算机(2)。

2.如权利要求1所述的一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，其特征在于：所述流动隔离器(5)外切于支撑杆(7)所围成的矩形框。

3.如权利要求2所述的一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，其特征在于：所述流动隔离器(5)上开设有通孔。

4.如权利要求3所述的一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，其特征在于：所述透明环(5)为透明结构。

5.如权利要求1所述的一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，其特征在于：所述压力传感器包括横向压力传感器(9)和纵向压力传感器(10)，所述纵向压力传感器(10)分别安装在船模(6)的迎流面和背流面，所述横向压力传感器(9)分别安装在船模(6)上与纵向压力传感器(10)相邻的两侧。

6.如权利要求5所述的一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，其特征在于：所述旋转器(8)上标示有显示旋转角度的刻度。

7.如权利要求1所述的一种实验港池内船舶水流力快速测量装置，其特征在于：实验港池底部设置有吸水泵(12)和抽水泵(13)。