CN110631803A - 一种全浪向船舶耐波性能测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全浪向船舶耐波性能测试仪，包括支撑架、连接架以及设于支撑架上的测试杆，所述测试杆具有三分力传感器以及能够与船模连接的船模连接头，其特征在于：所述支撑架和连接架之间设有能够驱动所述支撑架转向的转向驱动机构。采用这种结构，能够在测试时随时随地的改变船模的迎浪角度，模拟船舶的动态运行，从而获得更多，更全面的船模耐波性能测试数据，使船舶设计工作能够更为高效的进行。

Description

一种全浪向船舶耐波性能测试仪

技术领域

本发明属于船舶工程领域，尤其涉及一种全浪向船舶耐波性能测试仪。

背景技术

耐波性能测试仪是一种模拟波浪条件下船舶耐波性的装置，其主要包括实验水池、船模和用于放置船模的摆架。使用时在实验水池里制造波浪，使船模沿特定方向迎浪前进，进而测得船模某一特定方向的迎浪性能。但是，上述装置存在以下的缺陷：现有装置只能测量船模特定朝向下的耐波数据，而实际船舶运行情况则是动态的，如转向，s形前进等，对于这些动态运行情况下的耐波数据，现有的测试装置难以对其进行测量。这些关键测试数据的缺失，可能会对船舶设计工作造成一定的不利影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全浪向船舶耐波性能测试仪，能够模拟船舶的动态运行，在测试时随时随地的改变船舶的迎浪角度，进而获得更多，更全面的耐波性能测试数据。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种全浪向船舶耐波性能测试仪，包括支撑架、连接架以及设于支撑架上的测试杆，所述测试杆能够与船模连接，其特征在于：所述支撑架和连接架之间设有能够驱动所述支撑架转向的转向驱动机构。

使用时，在测试杆底部安装船模，将船模置于实验水池内，将连接架连接于实验水池上方的拖车上，实验水池造浪，通过拖车拖动本全浪向耐波性能测试仪进而带动船模在实验水池的波浪中前进，由此实现对船模迎浪性能的检测。在测试时，可以通过转向驱动机构驱动支撑架转动，进而带动船模转向，在前进时随时改变船模迎浪角度，例如左右转向，S形行进等，从而实现全浪向条件下的船模性能检测，进而能够获得更多、更全面的船模耐波性能测试数据，为船舶设计工作提供更多有效参考，使船舶设计工作更为高效的进行。

作为本发明的一种优选实施方式，所述转向驱动机构包括转盘、伺服电机、传动箱以及连接板，所述转盘安装在所述支撑架上，所述伺服电机和传动箱固定在所述支撑架上并位于所述转盘旁，所述传动箱内具有与所述伺服电机连接的蜗杆，所述转盘的圆周边具有与所述蜗杆啮合的涡轮齿，所述连接板固定在所述转盘上，与所述连接架连接。采用这种结构，通过伺服电机的驱动以及传动箱的传动，驱动连接板相对支撑架进行旋转，由此实现了支撑架的转动，而船模又是与支撑架通过测试杆相连的，因此实现支撑架的转动即能实现船模的转向。

作为本发明的一种优选实施方式，所述测试杆包括长杆、三分力传感器和船模连接头，所述长杆、三分力传感器以及船模连接头从上到下依次连接。该船模连接头能够与船模连接，该三分力传感器能够测量船模行进时X、Y、Z三个方向上的力并由此计算M_Y和M_z(M即扭矩)。

作为本发明的一种优选实施方案，所述支撑架的前端安装有所述测试杆，所述支撑架的后端具有向下延伸的导航杆，所述导航杆插入船模尾端的导航板的长槽孔中；所述支撑架的前端具有穿孔，所述测试架的长杆位于所述穿孔内，所述支撑架的前端位于所述测试杆的上方固定有龙门架，所述龙门架的横梁下方固定有定滑轮，所述定滑轮上缠绕有钢丝绳，所述钢丝绳的一端连接所述长杆的顶端，另一端连接配重。

这种方案仅是采用一根测试杆，即前测试杆对船模进行测试，而插入船模尾端导航板中的导航杆可以用于防止前测试杆在船模行进过程中发生扭转，避免损坏三分力传感器。

作为本发明的另一种优选实施方案，所述支撑架的前、后端分别安装有所述测试杆；所述支撑架的前端、后端均具有穿孔，前端的所述测试杆的长杆位于所述前端的穿孔中，后端的所述测试杆的长杆位于所述后端的穿孔中，所述支撑架的前端、后端分别位于所述测试杆的上方固定有龙门架，所述龙门架的横梁下方固定有定滑轮，所述定滑轮上缠绕有钢丝绳，所述钢丝绳的一端连接所述长杆的顶端，另一端连接配重。

在这种方案中，将前、后测试杆的船模连接头均连接在船模底部进行测试，这样能够通过比较前、后测试杆的升降量，计算得出船模迎浪前进时的纵倾角数据。

在上述两个方案中，均通过设置龙门架与定滑轮将测试杆和配重连接，使得测试杆的重量尽量少的作用在船模上，不影响船模的运动，提高了测试的精度，特别适合对吃水小，载重轻的船模进行实验。

作为本发明的一种优选实施方式，所述配重中间具有套在所述长杆上的中心孔，两侧分别具有套在所述龙门架的导向立柱上的导向孔。采用这种结构，使得配重可以沿导向立柱上下滑动，不会产生晃动。

作为本发明的一种改进，所述支撑架上设有用于夹紧所述长杆的夹紧块。夹紧块能够用于夹紧固定测试杆，从而将船模固定，实现对船模升沉方向上的力的测量。另外，还可以使船模保持相对静止地被拖车拖动，实现对船模迎波阻力的测试。所以，通过加装测试杆可以使测试装置适应更多的实验。

作为本发明的另一种改进，还包括用于测量所述测试杆升沉的位移传感器。

作为本发明的进一步改进，所述位移传感器固定在所述龙门架上。该位移传感器能够测量配重块的升降位置，进而测量测试杆的升沉。

作为本发明的又一种改进，所述配重上具有连接小配重的接口，可以实现对配重的微调，使其更好的抵消测试杆的重量，使实验数据更为精确。

综合以上，本发明能够测量船模行进、转向以及s形机动时的纵倾角、升沉力和升沉量等数据，测量的范围和测量的条件相比现有设备更广更全面，有利于船舶设计工作的高效进行。

附图说明

下面结合图片来对本发明进行进一步的说明：

图1为本全浪向船舶耐波性能测试仪的立体视图；

图2为能够显示本全浪向船舶耐波性能测试仪中龙门架具体结构的局部视图；

图3为能够显示本全浪向船舶耐波性能测试仪中转向驱动机构具体结构的立体视图；

图4为本全浪向船舶耐波性能测试仪处于双杆工作模式时的视图；

图5为本全浪向船舶耐波性能测试仪处于单杆工作模式时的视图；

其中：100-支撑架，101-工字梁，102-中间支撑板，103-端部上支撑板，104-端部下支撑板，105-穿孔，200-测试杆，201-长杆，202-三分力传感器，203-船模连接头，210-夹紧块，211-静止块，212-活动块，300-龙门架，301-导向立柱，302-横梁，303-定滑轮，304-钢丝绳，305-位移传感器，400-转向驱动机构，401-转盘，402-伺服电机，403-传动箱，404-连接板，500-配重，501-中心孔，502-导向孔，503-接口，600-连接架，601-U形架，700-船模，701-导航板，702-长槽孔。

具体实施方式

以下通过具体实施例来对本发明进行近一步阐述：

如图1所示，本发明的全浪向船舶耐波性能测试仪，包括支撑架100、测试杆200、龙门架300、转向驱动机构400、配重500以及连接架600。

其中，支撑架100由平行布置的两根工字梁101、横跨连接在两根工字梁101上表面中部的中间支撑板102以及分别横跨连接在两根工字梁两端上、下表面的端部上支撑板103和端部下支撑板104构成。端部上支撑板103和端部下支撑板104的中间位置具有上下对齐的穿孔105。

测试杆200由从上到下依次连接的长杆201、三分力传感器202以及船模连接头203构成。船模连接头203用于实现与船模700底部连接。三分力传感器202能够用于测量船模700进行时X、Y、Z方向上的力并由此计算M_Y和M_Z(M即扭矩)。

测试杆200有两根，分为前测试杆和后测试杆，通过两个龙门架300(即前龙门架和后龙门架)，分别安装在支撑架的前、后两端。如图2所示，龙门架300固定在端部上支撑板103上，由对称地固定在端部上支撑板103的穿孔两侧的导向立柱301以及横跨连接在两导向立柱301顶端的横梁302构成。

如图2所示，配重500具有一个位于中间位置的中心孔501以及两个对称地位于中心孔501两侧的导向孔502。中心孔501与端部上支撑板103和端部下支撑板104上的穿孔105上下对齐。支撑架100上的配重500的两导向孔502分别套在龙门架300的两根导向立柱301上，导向孔502内安装有直线轴承以实现配重500能够沿导向立柱上下滑动。

横梁302的下方固定有两个定滑轮303。每个定滑轮303上分别缠绕一根钢丝绳304。测试杆200的长杆201穿设在中心孔501和两个穿孔105中。钢丝绳304的一端连接在长杆201的上端，另一端连接配重500。

配重500的两端面还设有接口503，用于连接小配重，以实现对配重质量的微调。在本发明中，通过设置龙门架300与定滑轮将测试杆200和配重500连接，使得测试杆200的重量尽量少的作用在船模700上，不影响船模700的运动，提高了测试的精度，特别适合对吃水小，载重轻的船模进行实验。

如图3所示，转向驱动机构400安装在中间支撑板102上，包括转盘401、伺服电机402、传动箱403以及连接板404。传动箱403内具有与伺服电机402连接的蜗杆，转盘401的圆周边具有与蜗杆啮合的涡轮齿。连接板404则固定连接在转盘401上。

通过伺服电机402的驱动以及传动箱403的传动，能够驱动中间支撑板102相对于转盘401转动，即驱动支撑架100转动进而带动船模700转向。

在前、后的端部下支撑板均设有夹紧块210，该夹紧块210由静止块211和活动块212构成，长杆210从静止块211和活动块212之间穿过，静止块211固定在端部下支撑板104上的穿孔的边缘，活动块212则通过螺栓与静止块211连接。通过旋紧螺栓，能够实现活动块212和静止块211夹紧住长杆210，使得长杆210静止固定在支撑架100上。

另外，在龙门架300上侧边还安装测量测试杆升沉的位移传感器305。在本实施例中，位移传感器305具体安装在横梁302上。该位移传感器305能够测量配重块的升降位置，进而测量测试杆的升沉。

连接架600由两个U型架601构成,该两个U型架601的底部分别连接连接板404的两端，顶部则与实验水池上方的拖车连接。通过拖车的拖动，能够拖动本发明的全浪向船舶耐波性能测试仪并进而带动船模700在实验水池的波浪中行进。

以上就是本发明的全浪向船舶耐波性能测试仪，测量时，位移传感器和三分力传感器与计算机连接，获得测量数据。具体地，该全浪向船舶耐波性能测试仪具有如下的多种测量模式：

1、全浪向模式

如图1所示，在实验水池造单方向的波浪，船模700沿特定方向迎浪前进，测量某一浪向的性能。转向驱动机构400在PLC控制下驱动支撑架100转动，进而带动船模700转向，在前进时随时改变船模迎浪角度，例如左右转向、S形行进等，从而实现在全浪向条件下的船模性能检测。

通过采用展开螺旋角小于涡轮蜗杆接触摩擦角的蜗杆与蜗轮进行啮合和具有自锁功能的电机，使转向驱动装置能够进行自锁，实现船模700在任意角度迎浪前进，并且不需要在船模700上增加安装点。

2、双杆模式

如图4所示，将前、后测试杆的船模连接头均连接在船模700的底部，能够实现本测试仪在双杆模式下对船模700进行测试。

3、单杆模式

如图5所示，仅将前测试杆的船模连接头203与船模底部连接，而将后测试杆的三分力传感器202和船模连接头203拆除，并在船模700的尾部增加一块向外伸出导航板701，该导航板701上具有长槽孔702，将后测试杆的长杆201穿入导航板701的长槽孔中并用夹紧块210夹紧固定住，使得该长杆成为导航杆。这样仅是采用一根测试杆，即前测试杆对船模700进行测试，而将长杆201夹紧固定成导航杆插入导航板的长槽孔中，则可以防止前测试杆在船模行进过程中发生扭转，避免损坏三分力传感器。

该方式为前测力后导航杆方式，如果需要使用前导航杆后测力的方式，换做将前测试杆上的船模连接头203和三分力传感器202拆除作为导航杆即可。

4、固定拖曳模式

前、后测试杆的长杆201均用夹紧块210夹紧，与支撑架100刚性连接，使船模700在Z方向上固定，进而测量船模升沉方向上的力，另外，还能通过拖车拖动与其保持相对静止的船模，以测量船模的迎浪阻力。

5、自由深沉模式

前、后测试杆的长杆201均被夹紧块松开，此时前、后测试杆与船模700同时升降，通过位移传感器305可以测量船模700在波浪中航行的升沉，前后杆均安装位移传感器305后，可以计算船模纵倾角。

本发明除具有上述多种测量模式的优点外，其还具有自配平并可以实现船模配重微调的优点，具体体现在：前、后测试杆均通过配有配重500，当处于自由深沉模式时，长杆201可以灵活的随船模升沉，不会因为安装测试杆对船模700的配重、浮态、升沉产生影响。配重500上留有安装小配重的接口，可以实现船模配重的微调。配重沿导向立柱301上下滑动，不会产生晃动。

通过上述详细描述可以看出，本发明能够测量船模行进、转向以及s形机动时的纵倾角、升沉力和升沉量等数据，测量的范围和测量的条件相比现有测试设备更广更全面，有利于船舶设计工作的高效进行。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种全浪向船舶耐波性能测试仪，包括支撑架(100)、连接架(600)以及设于支撑架(100)上的测试杆(200)，所述测试杆(200)能够与船模(700)连接，其特征在于：所述支撑架(100)和连接架(600)之间设有能够驱动所述支撑架(100)转向的转向驱动机构(400)。

2.根据权利要求1所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：所述转向驱动机构(400)包括转盘(401)、伺服电机(402)、传动箱(403)以及连接板(404)，所述转盘(401)安装在所述支撑架(100)上，所述伺服电机(402)和传动箱(403)固定在所述支撑架(100)上并位于所述转盘(401)旁，所述传动箱(403)内具有与所述伺服电机(402)连接的蜗杆，所述转盘(401)的圆周边具有与所述蜗杆啮合的涡轮齿，所述连接板(404)固定在所述转盘(401)上，与所述连接架(600)连接。

3.根据权利要求1所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：所述测试杆(200)包括长杆(201)、三分力传感器(202)以及船模连接头(203)，所述长杆(201)、三分力传感器(202)和船模连接头(203)从上到下依次连接。

4.根据权利要求3所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：所述支撑架(100)的前端安装有所述测试杆(200)，所述支撑架(100)的后端具有向下延伸的导航杆，所述导航杆插入船模(700)尾端的导航板(701)的长槽孔(702)中；所述支撑架(100)的前端具有穿孔(105)，所述测试杆(200)的长杆(201)位于所述穿孔(105)内，所述支撑架(100)的前端位于所述测试杆(200)的上方处固定有龙门架(300)，所述龙门架(300)的横梁(302)下方固定有定滑轮(303)，所述定滑轮(303)上缠绕有钢丝绳(304)，所述钢丝绳(304)的一端连接所述长杆(201)的顶端，另一端连接配重(500)。

5.根据权利要求3所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：所述支撑架(100)的前、后端分别安装有所述测试杆(200)；所述支撑架(100)的前端、后端均具有穿孔(105)，前端的所述测试杆(200)的长杆(201)位于所述前端的穿孔(105)中，后端的所述测试杆(200)的长杆(201)位于所述后端的穿孔(105)中，所述支撑架(100)的前端、后端分别位于所述测试杆(200)的上方固定有龙门架(300)，所述龙门架(300)的横梁(302)下方固定有定滑轮(303)，所述定滑轮(303)上缠绕有钢丝绳(304)，所述钢丝绳(304)的一端连接所述长杆(201)的顶端，另一端连接配重(500)。

6.根据权利要求4或5所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：所述配重(500)中间具有套在所述长杆(201)上的中心孔(501)，两侧分别具有套在所述龙门架(300)的导向立柱上的导向孔(502)。

7.根据权利要求4或5所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：所述支撑架(100)上设有用于夹紧所述长杆(201)的夹紧块(210)。

8.根据权利要求4或5所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：还包括有用于测量所述测试杆(200)升沉的位移传感器(305)。

9.根据权利要求8所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：所述位移传感器(305)固定在所述龙门架(300)上。

10.根据权利要求4或5所述的全浪向船舶耐波性能测试仪，其特征在于：所述配重(500)上具有连接小配重的接口(503)。

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