CN110763427A

CN110763427A - 一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统

Info

Publication number: CN110763427A
Application number: CN201910955135.6A
Authority: CN
Inventors: 薛彦卓; 孙光帅; 狄少丞; 雷建奇; 倪宝玉; 鲁阳; 高良田; 贾辉
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2019-10-09
Filing date: 2019-10-09
Publication date: 2020-02-07

Abstract

本发明属于极地船舶试验领域，具体涉及一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统。本发明应用于现有的室外冰水池，能够在进行室外冰水池试验时合理约束船模，增加船模运动的稳定性，并且能够搭载测量船模不限于冰阻力多种航行姿态的测量仪器，进一步完善了冰水池试验测量的完整性。本发明克服了单纯的水动力试验中难以测得冰与水相互作用的机理的难题，可开展冰区船舶模型冰阻力试验、冲击载荷破冰实验、复杂模型冰以及自然冰环境下的船模冰阻力试验，通过研究船冰作用的机理和试验，为室外冰水池船模试验技术以及高性能破冰技术提供思路，为冰区船舶的阻力性能以及破冰船破冰性能提供参考和指导。

Description

一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统

技术领域

本发明属于极地船舶试验领域，具体涉及一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统。

背景技术

近年来，随着北极航道的开发，北极资源的潜在开采，两极地区科学考察和开发、寒区的一些相关水利建设和一些不少的水电建设、海洋工程建设等各项事业的蓬勃发展，对冰物理、力学和冰工程学研究提出了迫切的需求。随着经济的快速发展，越来越多的国际化交流，海上“丝绸之路的”开通等，无一不推动着国际航运事业的进步和发展。

随着全球气温的不断升高，北冰洋的一些海冰将会发生融化，并且北冰洋的寒区冰冻土将会像太平洋沿岸一般平常，那么此时，一条崭新的航道将会打通，届时，沿加拿大的北部新开发的航道将会进一步的打开，远东地区西伯利亚地区的东北部航道也会进一步被打开，那么这就会形成一条新的航道，对于北欧地区而言，亚太某些地区而言，通过北冰洋这一地区的航道而言，是最便捷的，而且是最省钱的一条经济路线。对于通过这一航道的欧美国家而言，这一条的海上交通可因为对于北极航道的进一步开发，进一步的节省相关能源和资源，而缩短4000多公里。因此从一定战略和经济意义上讲，谁能够在航道上控制了北冰洋，谁就可以在未来的国际经济竞争中占据更有利的地位，能够占据更大份额的利益，以及更多的主导全球经济的能力。我国与欧洲、非洲、西亚大部分的国家和地区将展开日益增多的经济、科技交流，中国东北-俄罗斯远东地区-北欧航线将进一步打通，如若进一步打通处于战略交通枢纽地位的北极地区航线，与预定航线中国-东南亚-南亚-西亚-红海海峡-北欧航线相比，将大大缩短。以上，对于北极航道的开发，不仅能够推动我国在国际经济领域与国外的深入交流，更能够推动我国极地大科学科研水平的进一步实现提高和飞越。

开发和研制船模冰阻力测量系统和冲击载荷破冰测量系统有助于冰区船舶领域的研究继续深入开展，对于冰区船舶航行研究的关键就是要做破冰船模型实验，所有的理论研究和数值模拟的结果都要靠实验方法来验证其可靠性。另外，现如今破冰船绝大多数采用冲撞模式进行，因此对于新型破冰技术研究的关键是要研究冰在冲击载荷下的破坏机理，通过观察对比实验现象对数值模拟和理论研究提供指导和验证。因此对冰区船舶模型实验和新型破冰技术实验提出了更高的要求。

国外室外冰水池船模试验的探究，俄罗斯下诺夫哥罗德国立技术大学船舶工程学院建造一个室外的冰水池实验室，在该冰水池进行的标准船模(编号328)试验的试验结果得到国际拖曳水池的认证。该水池拖曳系统是采用简单的缆拖结构，仅能够测量室外船模的冰阻力，其他的船模运动及力学参数很难获得。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括室外冰水池、拖车、拖曳系统；所述的室外冰水池两侧面上端铺设有导轨；所述的拖车安装于导轨上；所述的拖车上安装有速度传感器和数据采集系统，拖车下方设有破冰船模；所述的破冰船模上安装有导向杆安装装置和测力杆连接装置；所述的导向杆安装装置上设有导向杆，导向杆上端与拖车连接；所述的测力杆连接装置上设有竖直方向的固定杆和拉力传感器；所述的拉力传感器一端与竖直方向的固定杆连接，另一端与测力杆连接；所述的测力杆上端与拖车连接；所述的拖曳系统包括主动轮和从动轮，主动轮与从动轮分别位于室外冰水池首尾两侧，在主动轮和从动轮之间环绕有缆绳，缆绳上设有限位装置；所述的主动轮与驱动设备连接；所述的拖车通过设置在前后两端的缆绳连接口与拖曳系统的缆绳连接；所述的数据采集系统安装于拖车上，数据采集系统通过数据线分别与速度传感器和拉力传感器连接。

本发明还可以包括：

所述的破冰船模上安装有两个导向杆安装装置，分别位于破冰船模首部及尾部，两个导向杆安装装置上分别设有前导向杆和后导向杆，前导向杆和后导向杆分别与拖车连接。

所述的拖车包括底部框架和上部框架；所述的底部框架边缘下方安装有车轮，底部框架与上部框架之间设有加固钢架；所述的上部框架上搭载有仪器放置板、前导向板、后导向板和测力杆安装板；所述的前导向板与后导向板上均设有导向杆安装口；所述的数据采集系统与速度传感器设置在仪器放置板上；所述的测力杆安装板上设有测力杆安装口；所述的前导向杆和后导向杆分别穿过前导向板与后导向板上的导向杆安装口；所述的测力杆穿过测力杆安装板上的测力杆安装口。

本发明的有益效果在于：

本发明应用于现有的室外冰水池，能够在进行室外冰水池试验时合理约束船模，增加船模运动的稳定性，并且能够搭载测量船模不限于冰阻力多种航行姿态的测量仪器，进一步完善了冰水池试验测量的完整性。本发明克服了单纯的水动力试验中难以测得冰与水相互作用的机理的难题，可开展冰区船舶模型冰阻力试验、冲击载荷破冰实验、复杂模型冰以及自然冰环境下的船模冰阻力试验，通过研究船冰作用的机理和试验，为室外冰水池船模试验技术以及高性能破冰技术提供思路，为冰区船舶的阻力性能以及破冰船破冰性能提供参考和指导。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的拖车的俯视图。

图3是本发明的拖车的主视图。

图4是本发明的拖车的侧视图。

图5是本发明的仪器安装板与测力杆连接装置示意图。

图6是本发明的拖车与缆绳连接方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明设计一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统，属于极地跨学科领域。包括室外冰池拖曳系统，冰力测量系统以及数据采集系统。使得在进行室外冰水池试验时，能够安装船模，输出恒定可控的航速，测得可供极地船舶研制的阻力数据，能够推动我国乃至世界领域的极地科学研究。

一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统，其特征在于：包括室外冰水池22、拖车、拖曳系统；所述的室外冰水池两侧面上端铺设有导轨；所述的拖车安装于导轨17上；所述的拖车上安装有速度传感器和数据采集系统，拖车下方设有破冰船模19；所述的破冰船模上安装有两个导向杆安装装置20，分别位于破冰船模首部及尾部，两个导向杆安装装置上分别设有前导向杆和后导向杆，前导向杆和后导向杆分别与拖车连接。所述的拖车包括底部框架和上部框架；所述的底部框架边缘下方安装有车轮2，底部框架与上部框架之间设有加固钢架12；所述的上部框架上搭载有仪器放置板10、前导向板5、后导向板3和测力杆安装板 4；所述的前导向板与后导向板上分别设有前导向杆安装口8和后导向杆安装口6；所述的数据采集系统29与速度传感器31设置在仪器放置板上；所述的测力杆安装板上设有测力杆安装口7；所述的前导向杆13和后导向杆15分别穿过前导向板与后导向板上的导向杆安装口；所述的测力杆14穿过测力杆安装板上的测力杆安装口。所述的破冰船模19上安装有测力杆连接装置18；所述的测力杆连接装置上设有竖直方向的固定杆和拉力传感器30；所述的拉力传感器一端与竖直方向的固定杆连接，另一端与测力杆连接；所述的测力杆上端与拖车11连接；所述的拖曳系统包括主动轮23和从动轮24，主动轮与从动轮分别位于室外冰水池首尾两侧，在主动轮和从动轮之间环绕有缆绳27，缆绳上设有限位装置28；所述的主动轮与发动机25连接；发动机由控制台26控制；所述的拖车通过前端缆绳连接口9和后端缆绳连接口 1与拖曳系统的缆绳连接；所述的数据采集系统安装于拖车上，数据采集系统29通过数据线分别与速度传感器31和拉力传感器30连接。

本系统的工作原理如下所述：拖车系统由缆绳提供拖曳力，缆绳的动力由发动机提供，控制台控制发动机，将动力传送给主动轮,主动轮与从动轮同时转动使缆绳产生0-2m/s的水平速度，使缆绳产生顺时针的进车拖曳力或逆时针的倒车拖曳力。拖车系统通过缆绳连接装置 16使用螺栓33与缆绳相连，进而与缆绳拥有相同的水平速度，从而使其搭载的破冰船模型也拥有相同的水平速度。

破冰船模型与拖车系统之间的连接和测量的原理及步骤：室外冰水池注入试验所需要达到的液面21，破冰船模型拥有一定的吃水时，使用前后导向杆从前导向杆安装口8和后导向杆安装口6中伸出，并将其与船模通过导向杆安装装置连接约束船模，导向杆安装装置与船模固结，二者在试验过程中水平方向上不会受力保证其在水平的运动方向，使其按直线运动；将测力杆与船模上的测力杆连接装置连接，测力杆连接装置与船模固结，同时安装好力学传感器和位移传感器，将测力杆从测力杆安装口中伸出，与拖车连接，是测量船模在水平方向上阻力值的直接测量装置。船模航行到指定距离后，通过控制台使其停止运动，若失控，则通过缆绳上的限位装置，使发动机急停，避免产生危险。仪器放置板上放置有数据采集装置，实时监控传送船模的阻力值和各个维度的姿态，同时使用速度传感器监控拖车的实时速度并利用发动机控制台对拖车速度进行启停，采集的数据通过无线传输发送到计算机的内部软件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统，其特征在于：包括室外冰水池、拖车、拖曳系统；所述的室外冰水池两侧面上端铺设有导轨；所述的拖车安装于导轨上；所述的拖车上安装有速度传感器和数据采集系统，拖车下方设有破冰船模；所述的破冰船模上安装有导向杆安装装置和测力杆连接装置；所述的导向杆安装装置上设有导向杆，导向杆上端与拖车连接；所述的测力杆连接装置上设有竖直方向的固定杆和拉力传感器；所述的拉力传感器一端与竖直方向的固定杆连接，另一端与测力杆连接；所述的测力杆上端与拖车连接；所述的拖曳系统包括主动轮和从动轮，主动轮与从动轮分别位于室外冰水池首尾两侧，在主动轮和从动轮之间环绕有缆绳，缆绳上设有限位装置；所述的主动轮与驱动设备连接；所述的拖车通过设置在前后两端的缆绳连接口与拖曳系统的缆绳连接；所述的数据采集系统安装于拖车上，数据采集系统通过数据线分别与速度传感器和拉力传感器连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统，其特征在于：所述的破冰船模上安装有两个导向杆安装装置，分别位于破冰船模首部及尾部，两个导向杆安装装置上分别设有前导向杆和后导向杆，前导向杆和后导向杆分别与拖车连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于室外冰水池船模冰水动力测量试验系统，其特征在于：所述的拖车包括底部框架和上部框架；所述的底部框架边缘下方安装有车轮，底部框架与上部框架之间设有加固钢架；所述的上部框架上搭载有仪器放置板、前导向板、后导向板和测力杆安装板；所述的前导向板与后导向板上均设有导向杆安装口；所述的数据采集系统与速度传感器设置在仪器放置板上；所述的测力杆安装板上设有测力杆安装口；所述的前导向杆和后导向杆分别穿过前导向板与后导向板上的导向杆安装口；所述的测力杆穿过测力杆安装板上的测力杆安装口。