CN110006627B - 一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于船舶与海洋结构物航行领域，具体涉及一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置。该发明分为三个主要部分，分别为实验主体部分，气腔发生系统和数据采集系统。本发明通过改变流量、气垫间隙和冰上距离来探究气垫船冰下气腔的传播规律，通过鼓风机向简化气垫船模型内通气，可调高支架改变模型与透明亚克力板的间隙及重叠长度，高速摄像机以及平面镜可以做到同时拍摄正视和俯视的气腔传播情况，记录透明亚克力板，即模拟冰层，与简化气垫船模型的间隙、二者重叠部分长度、流量计读数以及U型管压力计读数。

Description

一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置
技术领域
本发明属于船舶与海洋结构物航行领域，具体涉及一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置。
背景技术
20世纪末，国外的工程人员发现气垫船/平台在工作中具有一定的破冰能力，因此国内外研究人员对气垫船/平台的破冰能力开展了广泛的研究。申请号为CN201810522585的专利提出了一种气垫平台气垫扩散的实验装置，采用真实的浮冰板，不能准确模拟超大尺寸冰层气腔的传播规律，由于气腔的产生是一个瞬态过程，其并不能准确测量气垫压力。在气垫船低速破冰的过程中，冰层底部产生气腔，由于悬臂梁效应会导致冰层断裂，不同气腔的分布形式会出现不同的破冰效果，本发明以固定的透明亚克力板模拟冰层，系统的研究超大尺寸冰层下气腔的分布形式，并且能较为准确的测量气垫压力。且目前尚未出现一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置。
一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置，该装置包括：实验主体部分、气腔发生系统和数据采集系统；所述气腔发生系统包括鼓风机1和通气管道3，鼓风机1通过通气管道3与实验主体部分相连；实验主体部分包括：固定支架5，简化气垫船模型6，透明亚克力板8和水槽9，简化气垫船模型6固定在固定支架5上，透明亚克力板8固定在水槽9中，简化气垫船模型6悬置于透明亚克力板8上方；数据采集系统包括：平面镜7，U型管压力计11，摄像机14和流量计18，流量计18安装在通气管道3上，平面镜7与透明亚克力板8呈45度夹角固定在固定支架5上，U型管压力计11通过橡胶管与简化气垫船模型6底部连接，摄像机14对准透明亚克力板8。
所述气腔发生系统还包括：实验台2和阀门17，鼓风机1固定在实验台2上，通气管道3上安装阀门17，通气管道3一端与鼓风机1出风口连接，通气管道3另一端与简化气垫船模型6连接。
所述实验主体部分还包括：伸缩旋钮10和水槽支柱16，水槽9固定在水槽支柱16上，水槽9中灌满冷水，透明亚克力板8厚度方向浸没在水中的长度为透明亚克力板8厚度的9/10，固定支架5上安装有伸缩旋钮10。
所述数据采集系统还包括：螺纹杆4，U型管压力计托槽12，LED光源13，相机架15，螺母19，固定支架5装有两个螺纹杆4，通过螺母19对简化气垫船模型6进行固定，摄像机14安置在相机架15上，并放置在水槽9的正前方，LED光源13放置于摄像机14前方，U型管压力计11放置在U型管压力计托槽12内。
所述水槽9和为透明亚克力板8全透明材质。透明亚克力板8与水槽9连接处用防水胶封死。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明可以通过改变泄流间隙、冰上距离、流量三个变量来观测气腔的传播情况；
(2)本发明可以通过平面镜同时记录气腔传播的正视和俯视过程；
(3)由于气腔产生是瞬态过程，本发明采用的固定亚克力板可以促进水的回流，使U型管压力计维持在一个相对稳定的值，能够得到气垫压力值。
附图说明
图1为模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
(1)基本介绍
本发明为一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置，旨在模拟观察气垫船航行时不同气腔的分布形式。本发明采用鼓风机1向简化气垫船模型6内通气，从而在透明亚克力板8(模拟冰层)下产生气腔，同时通过高速摄像机14拍摄实验现象，记录透明亚克力板8(模拟冰层)与简化气垫船模型6的间隙、二者重叠部分长度、流量计18读数以及U型管压力计11读数，从而可供研究人员开展数据分析和规律建立等工作。
(2)采用的技术方案
本发明为一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置，主要运用在气垫船低速破冰时冰下气腔传播的实验观测领域。本发明包括三个主要部分，分别为实验主体部分、气腔发生系统、数据采集系统。
一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置包含三大主要部分，下面结合附图对本发明进一步说明。
图中：
实验主体部分包括：固定支架5，简化气垫船模型6，透明亚克力板8，水槽9，伸缩旋钮10，水槽支柱16；
气腔发生系统包括：鼓风机1，实验台2，通气管道3，阀门17；
数据采集系统包括：螺纹杆4，平面镜7，U型管压力计11，U型管压力计托槽12，LED光源13，摄像机14，相机架15，流量计18，螺母19。
首先固定实验主体部分，模拟冰层的透明板固定在水槽9内，通过伸缩支架改变简化气垫船与透明板的间隙以及二者重叠的长度。将摄像机14调整到合适高度可同时拍摄正视和俯视气腔传播过程，辅助LED光源13使拍摄图像更清晰，便于后续实验数据的提取与分析。通过调节阀门17可以改变进气流量，启动鼓风机1使板下产生气腔，在简化气垫船泄流过程中，水从简化气垫船两侧溢出，通过透明亚克力板8的上部回流到简化气垫船的下方的水槽9中，增加了实验的可靠性，且U型管压力计11会维持在一个较为稳定的压力值，便于读数。高速摄像机14拍摄实验现象，记录透明亚克力板8(模拟冰层)与简化气垫船模型6的间隙、二者重叠部分长度、流量计18读数以及U型管压力计11读数等。
综上，本发明可协助研究人员对气垫船破冰过程冰下气腔传播的研究奠定实验基础，尤其是气垫船破冰航行的领域，并可拓展应用于气垫船低速破冰作业下气腔传播的实验研究。
本发明作为一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置，包括三个主要部分，分别为实验主体部分、气腔发生系统、数据采集系统，透明亚克力板8固定在水槽9中；底部开口的箱子透过螺纹杆4和螺母19固定在固定支架5上；固定支架5有调节旋钮可以上下移动；启动鼓风机1，使透明亚克力板8下产生气腔，高速摄像机14拍摄实验现象，记录透明亚克力板8(模拟冰层)与简化气垫船模型6的间隙、二者重叠部分长度、流量计18读数以及U型管压力计11读数。所述的水槽9和模拟冰板均为全透明材质。所述的透明亚克力板8要固定在水槽9内，且与水槽9连接处要用防水胶封死，便于水的回流。
1.实验设备安装：
①实验主体部分的安装：水槽9固定在水槽支柱16上，水槽9中灌满冷水，透明亚克力板8固定在水槽9内，其厚度方向浸没在水中的长度为板厚的9/10。固定支架5装有两个螺纹杆4，通过螺母19对简化气垫船模型6进行固定或沿着螺纹杆4长度方向移动，并且悬置于透明亚克力板8上方，通过伸缩旋钮10可调节简化气垫船模型6与透明亚克力板8的间隙。
②气腔发生系统的安装：鼓风机1固定在实验台2上。通气管道3上安装阀门17，一端与鼓风机1出风口连接，另一端与简化气垫船模型6连接。
③数据采集系统的安装：通气管道3上安装气体流量计18，摄像机14安置在相机架15上，并放置在水槽9的正前方，平面镜7与透明亚克力板8呈45度夹角固定在固定支架5上，摄像机14对准透明亚克力板8，并且同时可以拍摄平面镜7和透明亚克力板8下方，LED光源13提供足够的光照使摄像机14记录清晰。U型管压力计11通过橡胶管与简化气垫船模型6底部连接，放置在U型管压力计托槽12内。
2.实验操作流程：
①依照实验方案，检查各设备安装是否正确，确保线路连接及设备运行正常；
②调整简化气垫船模型6的位置，记录其与透明亚克力板8的高度；记录其与透明亚克力板8的重叠长度。
③打开摄像机14，启动鼓风机1，鼓风机1可多档调速，在鼓风机1正常工作下，通过调节阀门17对通气流量在一定范围内改变，通过流量计18读数并记录。
④透明亚克力板8下方产生气腔，通过U型管压力计11读数并记录。通过摄像机14拍照记录气腔传播的正视与俯视的气腔传播形态，进而计算气腔的传播速度和高度。以此来进一步开展气垫船低速破冰的研究。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种模拟气垫船冰下气腔传播的实验观测装置，其特征在于，该装置包括：实验主体部分、气腔发生系统和数据采集系统；所述气腔发生系统包括鼓风机(1)和通气管道(3)，鼓风机(1)通过通气管道(3)与实验主体部分相连；所述的实验主体部分包括实验台(2)、固定支架(5)、简化气垫船模型(6)、透明亚克力板(8)和水槽(9)；所述的鼓风机(1)固定在实验台(2)上；所述的简化气垫船模型(6)固定在固定支架(5)上，固定支架(5)上安装有伸缩旋钮(10)；所述的水槽(9)和透明亚克力板(8)均为全透明材质，水槽(9)中灌满冷水，透明亚克力板(8)固定在水槽(9)中，透明亚克力板(8)与水槽(9)连接处用防水胶封死，且透明亚克力板(8)厚度方向浸没在水中的长度为透明亚克力板(8)厚度的9/10；所述的简化气垫船模型(6)悬置于透明亚克力板(8)上方；所述的通气管道(3)上安装有阀门(17)，通气管道(3)一端与鼓风机(1)出风口连接，通气管道(3)另一端与简化气垫船模型(6)连接；所述的数据采集系统包括平面镜(7)、U型管压力计(11)、U型管压力计托槽(12)、LED光源(13)、摄像机(14)和流量计(18)；所述的流量计(18)安装在通气管道(3)上；所述的平面镜(7)与透明亚克力板(8)呈45度夹角固定在固定支架(5)上；所述的U型管压力计(11)放置在U型管压力计托槽(12)内，U型管压力计(11)通过橡胶管与简化气垫船模型(6)底部连接；所述的摄像机(14)放置在水槽(9)的正前方，且摄像机(14)对准透明亚克力板(8)；所述的LED光源(13)放置于摄像机(14)前方。
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