CN111307391B - 一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及试验方法，涉及碰撞试验技术领域。本发明的装置包括模拟极地低温池、极地浮冰制备系统、辅助连接机构、碰撞试验模拟控制系统；方法包括：S01、填充制冰海水；S02、制冰；S03、形成浮冰冰面图纹；S04、构建碰撞模拟环境；S05、碰撞模拟试验；S06、直观展示碰撞模型。本发明极大化的模拟北极浮冰的真实情况以及极地破冰船的航行环境和船冰碰撞效果和现象，保证船冰碰撞试验的极大化的接近真实性和有效性具有精准度、真实性和实用性高，可重复试验的优点。

Description

一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及试验方法

技术领域

本发明属于碰撞试验技术领域，特别是涉及一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及以及一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验方法。

背景技术

随着全球气候变化，北极冰盖的逐年融化，北极航线的商业价值逐步体现，其战略意义也不容忽视，并且北极地区资源的逐步开发利用，给适合在低温多冰条件下航行的冰区运输船舶、冰区海洋工程船舶带来前所未有的发展机遇，海洋经济已经成为国民经济的新增长点。在极地区域行驶的船舶不可避免的与冰体发生碰撞，船冰碰撞本身是一个复杂的非线性过程，在水介质中研究船冰碰撞又增加一层难度。目前的研究通常是将水介质作为附加质量施加于船体上来考虑水的作用，而忽略掉水介质在船-冰碰撞过程中浮冰的形状、密度、底部厚度和形状结构的影响。

冰区航行的船舶受到的冰载荷复杂多变，既有与一块冰发生碰撞的单冰载荷工况，也有与两个冰块发生碰撞的双冰载荷工况，现有的冰区包括全块的浮冰、碎冰和冰脊，不同特征的浮冰所产生阻力特征也是不一样的，若要进行航道行驶，需要进行船冰碰撞进行破冰。因此，在开展详细设计前及制造前，对于最大化的模拟极地浮冰环境条件，选取特定的船体模型进行船冰碰撞模拟试验，以获取临界破冰所需的船体结构强度和推理数据，减小实际中的航行船冰碰撞风险，因此针对以上问题提供一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及试验方法具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及试验方法，解决了以上问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置，包括：

模拟极地低温池：用于展现等比例缩小的极地浮冰效果，搭载用于记录破冰所需临界动力值的测量机构，以及用于实时监控船冰碰撞过程中的船体与浮冰结构状态的图像数据采集机构，来模拟极地环境下船冰碰撞试验，直观地展现并记录模型船与表面不同特征浮冰的碰撞试验情况与结果；

极地浮冰制备系统：包括PLC控制柜、制冰机构、浮冰表面图纹生成机构、制备原料供应机构，用于在模拟极地低温池制造等比例缩小的极地浮冰效果；所述PLC控制柜用于对制冰系统进行制冰功率控制，制造浮冰碰撞试验所需要的冰，所述PLC控制柜内部建立有可被雕刻机空间加工的三维模型和对应的浮冰环境数据模型；

辅助连接机构：用于支撑模拟极地低温池、PLC控制柜、极地浮冰制备系统，实现模拟极地低温池与极地浮冰制备系统的之间的位置平顺过渡，完成模拟极地低温池的浮冰由制造至测试工位的位移；

碰撞试验模拟控制系统：用于根据试验模拟极地地区的浮冰的硬度和厚度信息，以及加载于模拟极地低温池内的模型船的结构和材料特征，精准控制测量机构与模型船的牵引配合产生动力输出，以及图像数据采集机构实时采集的碰撞过程中船冰碰撞图像数据后，建立由试验模拟极地地区浮冰的硬度和厚度信息以及加载于模拟极地低温池内的模型船的结构和材料特征相结合的由船冰碰撞图像数据形成的模拟碰撞模型。

进一步地，所述模拟极地低温池一内侧部连通安装有电磁阀的进出水管，另一侧部开设有一缺口并与容纳模型船的船体水池上的缺口相对应且通过侧部设置橡胶压条相连接形成注水后的通路；所述船体水池的侧部连接有安装电磁阀的水管，所述模型船初始状态下由船体水池经缺口形成的通路驶入模拟极地低温池进行碰撞试验；

所述测量机构包括拽曳拉力传感器以及分别转动安装于模拟极地低温池端部和船体水池端部两侧的第一转辊和第二转辊，所述第一转辊和第二转辊上分别通过第一位置调节限位环和第二位置调节限位环安装有定滑轮和卷轮，所述模型船通过刚性绳经拽曳拉力传感器后与定滑轮相连并上卷绕回转至卷轮进行传动相连，所述第二转辊端部安装有减速器的电机总成提供衡定力且稳定的拉力输出，使模型船在需要的横向位置角度进行浮冰的定速碰撞试验；

所述图像数据采集机构包括设置于支撑柱顶端的第一平行滑轨以及滑移配合的倒“凵”形滑移架，所述倒“凵”形滑移架上滑动配合有通过光电传感器与模型船位置实时追踪进行图形采集的安装有前摄像头和侧摄像头的第一承载滑块，分别对模型船与浮冰的前部和侧部碰撞位置图像实时采集和记录；所述船体水池与第一转辊相对的侧部设置有横向位置可调节的与模型船尾部正对的距离测量模块。

进一步地，所述制冰机构浮冰表面图纹生成机构包括安装于第一平行滑轨的侧部，包括与第一平行滑轨形状和结构一致的第二平行滑轨，滑动配合于第二平行滑轨上的横向滑移架，滑动配合于横向滑移架上的第二承载滑块、安装于第二承载滑块上的由电缸控制的可升降的电动雕刻刀或激光器，根据浮冰冰面图纹数据对生成的平整冰雕刻或切割成等比例缩小的碎冰或冰脊；

所述制备原料供应机构包括安装有高精度水泵和电磁阀的装载有定浓度的海水存储桶，所述海水存储桶内海水进入至船体水池和模拟极地低温池内，使模拟极地低温池内的水面高度满足极地浮冰底部深度结构的厚度后进入制冰机构进行制冰；

所述制冰机构包括设置于第二平行滑轨侧部的倒“凵”形支撑架，安装于倒“凵”形支撑架上的升降机构，安装于升降机构底端的装载有冷凝器管的承载板，安装于外侧部的与冷凝器管相连的压缩机组件和蒸发器组件，对模拟极地低温池内的混合水按照浮冰硬度数据要求进行制冰。

进一步地，所述辅助连接机构采用第三平行滑轨，所述第三平行滑轨横向连接于支撑柱、第二平行滑轨、倒“凵”形支撑架的内侧壁之间，使模拟极地低温池平顺的于第三平行滑轨横向连接于支撑柱、第二平行滑轨、倒“凵”形支撑架的内侧壁之间精准且平顺地移动。

进一步地，所述碰撞试验模拟控制系统包括存储浮冰冰面图纹数据、浮冰硬度数据、浮冰厚度数据的存储数据库，控制电机总成的电机控制模块，获取前摄像头与侧摄像头采集的图像数据的碰撞图像数据输入模块，根据采集的图像数据以及浮冰空间结构数据进行三维建模的三维建模模块，经由三维建模模块建立的碰撞模型库，无线通讯相连获取拽曳拉力传感器上牵引力数据的牵引力监测模块，控制安装于船体水池外侧部的显示屏进行显示的显示控制模块，用于输入各项数据参数的进行查询模拟显示的输入模块；所述输入模块采用包括鼠标、键盘、USB插口的外设；所述存储数据库、电机控制模块、三维建模模块牵引力检测模块、显示控制模块输入模块分别连接处理模块。

一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及试验方法，包括如下步骤：

S01、填充制冰海水：所述模拟极地低温池通过进出水管，连接海水存储桶通过控制水泵和电磁阀注入对应的深度浮冰所需的海水；

S02、制冰：承载的所需浮冰海水的模拟极地低温池在辅助连接机构辅助下，于第三平行滑轨上滑动至倒“凵”形支撑架的侧部，通过承载板搭载冷凝器管进行冷凝形成平整冰；

S03、形成浮冰冰面图纹：制备好浮冰的模拟极地低温池于滑移至第二平行滑轨的侧部，通过进行电动雕刻刀或激光器按照获取到的浮冰冰面图纹信息按照比例缩放雕刻成碎冰或冰脊；

S04、构建碰撞模拟环境：形成浮冰冰面图纹的模拟极地低温池滑移至支撑柱的内侧模拟碰撞工位上，模拟极地低温池与船体水池通过缺口配合橡胶压紧块相连通，通过水管与海水存储桶相连加载海水，使海水经缺口通道进入模拟极地低温池中，直至使浮冰浮起，且模拟极地低温池与船体水池液位高度一致，然后根据需要选择放置模型船，并安装刚性绳、拽曳拉力传感器、第一转辊、定滑轮、第二转辊，并与碰撞试验模拟控制系统控制相连；

S05、碰撞模拟试验：碰撞试验模拟控制系统控制包括电机总成、拽曳拉力传感器、距离测量模块、前摄像头和侧摄像头对碰撞模拟试验过程中的动作进行控制并获取监控的图像数据，并通过三维建模模块形成碰撞模型库；

S06、直观展示碰撞模型：通过由输入模块输入被模拟极地海域片区的浮冰硬度、厚度、密度以及船体数据，由三维模型直观的模拟并由显示器(203)直观的展示模拟碰撞的效果。

本发明相对于现有技术包括有以下有益效果：

1、本发明的模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置可极大化的模拟真实的缩放条件下的极地环境，通过制冰机构、浮冰表面图纹生成机构，制作不同类型及特征的冰层，包括平整冰、碎冰和冰脊，极大化的模拟北极浮冰的真实情况，包括浮冰底部的厚度和形状以及浮冰表面的图纹信息，保证船冰碰撞试验的极大化的接近真实性和有效性。

2、本发明通过碰撞试验模拟控制系统控制电机总成、拽曳拉力传感器、距离测量模块、前摄像头和侧摄像头对碰撞模拟试验过程中的动作进行控制并获取监控的图像数据，并通过三维建模模块形成碰撞模型库，建立不同材质和体型的小船模型，基于被模拟极地海域片区的浮冰厚度和硬度数据以及船体数据进行等比例缩小化的移动速度以及临界批破冰点所需的推进力，最大程度的模拟极地破冰船的航行环境和船冰碰撞效果和现象；并且可通过输入模块自动与三维碰撞模型相比对后进行碰撞模拟展示。

3、本发明可根据极地冰面实际数据，包括浮冰厚度、硬度和密度数据，进行针对性的且可重复的自动碰撞模拟试验，具有精准度、真实性和实用性高，可重复试验的优点。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置的结构示意图；

图2为图1中A视角的结构示意图；

图3为图2中B视角的结构示意图；

图4为图1的结构俯视图；

图5为图1中模拟极地低温池滑移至第二平行滑轨内侧时的状态结构示意图；

图6为图1中模拟极地低温池滑移至倒“凵”形支撑架内侧时的状态结构示意图；

图7为本发明碰撞试验模拟控制系统的系统结构图；

图8为本发明的一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置的试验方法的步骤图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-模拟极地低温池，1011-通孔，103-第一转辊，104-定滑轮，105-第一位置调节限位环，106-刚性绳，107-倒“凵”形滑移架，108-第一承载滑块，109-侧摄像头，110-前摄像头，111-模型船，112-碰撞试验模拟控制系统，113-进出水管，114-拽曳拉力传感器，2-船体水池，201-水管，202-第二转辊，2021-第二位置调节限位环，203-显示屏，204-距离测量模块，205-电机总成，3-第二平行滑轨，301-横向滑移架，302-第二承载滑块，304-电动雕刻刀或激光器，307-海水存储桶，4-倒“凵”形支撑架，401-升降机构，5-承载板，501-冷凝器管，502-蒸发器组件，503-冷凝器管，6-PLC控制柜，7-第三平行滑轨，8-支撑柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“底部”、“外侧”、“侧部”、“端部”、“横向”、“外侧部”、“外侧壁”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-7所示，本发明的一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置，包括：

模拟极地低温池1：用于展现等比例缩小的极地浮冰效果，搭载用于记录破冰所需临界动力值的测量机构，以及用于实时监控船冰碰撞过程中的船体与浮冰结构状态的图像数据采集机构，来模拟极地环境下船冰碰撞试验，直观地展现并记录模型船111与表面不同特征浮冰的碰撞试验情况与结果，模拟极地低温池1采用透明钢化玻璃材质；

极地浮冰制备系统：包括PLC控制柜6、制冰机构、浮冰表面图纹生成机构、制备原料供应机构，用于在模拟极地低温池1制造等比例缩小的极地浮冰效果；PLC控制柜6用于对制冰系统进行制冰功率控制，制造浮冰碰撞试验所需要的冰，PLC控制柜6内部建立有可被雕刻机空间加工的三维模型和对应的浮冰环境数据模型；

辅助连接机构：用于支撑模拟极地低温池1、极地冰面实际数据获取系统6、极地浮冰制备系统，实现模拟极地低温池1与极地浮冰制备系统的之间的位置平顺过渡，完成模拟极地低温池1的浮冰由制造至测试工位的位移；

碰撞试验模拟控制系统112：用于接收极地冰面实际数据获取系统6的各项数据，根据加载于模拟极地低温池1内的模型船11的结构和材料特征，精准控制测量机构与模型船11的牵引配合产生动力输出，以及图像数据采集机构实时采集的碰撞过程中船冰碰撞图像数据后，建立通过输入极地冰面实际数据获取系统6的各项数据后就能由计算机根据船冰碰撞图像数据形成的模拟碰撞模型。

其中，模拟极地低温池1一内侧部连通安装有电磁阀的进出水管113，另一侧部开设有一缺口并与容纳模型船111的船体水池2上的缺口相对应且通过侧部设置橡胶压条相连接形成注水后的通路；船体水池2的侧部连接有安装电磁阀的水管201，模型船111初始状态下由船体水池2经缺口形成的通路驶入模拟极地低温池1进行碰撞试验；

测量机构包括拽曳拉力传感器114以及分别转动安装于模拟极地低温池1端部和船体水池2端部两侧的第一转辊103和第二转辊202，第一转辊103和第二转辊202上分别通过第一位置调节限位环105和第二位置调节限位环2021安装有定滑轮104和卷轮2021，模型船111通过刚性绳106经拽曳拉力传感器114后与定滑轮104相连并上卷绕回转至卷轮2021进行传动相连，第二转辊202端部安装有减速器的电机总成205提供衡定力且稳定的拉力输出，使模型船111在需要的横向位置角度进行浮冰的定速碰撞试验；

图像数据采集机构包括设置于支撑柱8顶端的第一平行滑轨115以及滑移配合的倒“凵”形滑移架107，倒“凵”形滑移架107上滑动配合有通过光电传感器与模型船111位置实时追踪进行图形采集的安装有前摄像头110和侧摄像头109的第一承载滑块108，分别对模型船111与浮冰的前部和侧部碰撞位置图像实时采集和记录；船体水池2与第一转辊103相对的侧部设置有横向位置可调节的与模型船111尾部正对的距离测量模块204，距离测量模块204采用红外测距或雷达测距传感器。

表1：试验样本数据表

其中，制冰机构浮冰表面图纹生成机构包括安装于第一平行滑轨115的侧部，包括与第一平行滑轨115形状和结构一致的第二平行滑轨3，滑动配合于第二平行滑轨3上的横向滑移架301，滑动配合于横向滑移架301上的第二承载滑块302、安装于第二承载滑块302上的由电缸控制的可升降的电动雕刻刀或激光器304，根据浮冰冰面图纹数据对生成的平整冰雕刻或切割成等比例缩小的碎冰或冰脊；

制备原料供应机构包括安装有高精度水泵和电磁阀的装载有定浓度的海水存储桶307，海水存储桶307内海水进入至船体水池2和模拟极地低温池1内，使模拟极地低温池1内的水面高度满足极地浮冰底部深度结构的厚度后进入制冰机构进行制冰；

制冰机构包括设置于第二平行滑轨3侧部的倒“凵”形支撑架4，安装于倒“凵”形支撑架4上的升降机构401，安装于升降机构401底端的装载有冷凝器管503的承载板5，安装于外侧部的与冷凝器管503相连的压缩机组件501和蒸发器组件502，对模拟极地低温池1内的混合水按照浮冰硬度数据要求进行制冰。

其中，辅助连接机构采用第三平行滑轨7，第三平行滑轨7横向连接于支撑柱8、第二平行滑轨3、倒“凵”形支撑架4的内侧壁之间，使模拟极地低温池1平顺的于第三平行滑轨7横向连接于支撑柱8、第二平行滑轨3、倒“凵”形支撑架4的内侧壁之间精准且平顺地移动。

其中，碰撞试验模拟控制系统112包括存储浮冰冰面图纹数据、浮冰底部声呐回传深度数据图数据、海水盐含量数据、海水温度数据、浮冰硬度数据的存储数据库，控制电机总成205的电机控制模块，获取前摄像头110与侧摄像头109采集的图像数据的碰撞图像数据输入模块，根据采集的图像数据以及浮冰空间结构数据进行三维建模的三维建模模块，经由三维建模模块建立的碰撞模型库，无线通讯相连获取拽曳拉力传感器114上牵引力数据的牵引力监测模块，控制安装于船体水池2外侧部的显示屏203进行显示的显示控制模块，用于输入各项数据参数的进行查询模拟显示的输入模块；所述输入模块采用包括鼠标、键盘、USB插口的外设；所述存储数据库、电机控制模块、三维建模模块牵引力检测模块、显示控制模块输入模块分别连接处理模块；

其中，模拟极地低温池1底部与倒“凵”形滑移架7之间、倒“凵”形滑移架107与第一平行滑轨115之间、第一承载滑块108与倒“凵”形滑移架107之间、横向滑移架301与第二平行滑轨3之间、第二承载滑块302与横向滑移架301之间均采用丝杆移动机构或电缸机构。

如图8所示，一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及试验方法，包括如下步骤：

S01、填充制冰海水：模拟极地低温池1通过进出水管，连接海水存储桶307通过控制水泵和电磁阀注入对应的深度浮冰所需的海水；

S02、制冰：承载的所需浮冰海水的模拟极地低温池1在辅助连接机构辅助下，于第三平行滑轨7上滑动至倒“凵”形支撑架4的侧部，通过承载板5搭载冷凝器管501进行冷凝形成平整冰；

S03、形成浮冰冰面图纹：制备好浮冰的模拟极地低温池1于滑移至第二平行滑轨3的侧部，通过进行电动雕刻刀或激光器304按照获取到的浮冰冰面图纹信息按照比例缩放雕刻成碎冰或冰脊；

S04、构建碰撞模拟环境：形成浮冰冰面图纹的模拟极地低温池1滑移至支撑柱8的内侧模拟碰撞工位上，模拟极地低温池1与船体水池2通过缺口配合橡胶压紧块相连通，通过水管201与海水存储桶307相连加载海水，使海水经缺口通道进入模拟极地低温池1中，直至使浮冰浮起，且模拟极地低温池1与船体水池2液位高度一致，然后根据需要选择放置模型船111，并安装刚性绳106、拽曳拉力传感器114、第一转辊103、定滑轮104、第二转辊202，并与碰撞试验模拟控制系统112控制相连；

S05、碰撞模拟试验：碰撞试验模拟控制系统112控制包括电机总成205、拽曳拉力传感器114、距离测量模块204、前摄像头110和侧摄像头109对碰撞模拟试验过程中的动作进行控制并获取监控的图像数据，并通过三维建模模块形成碰撞模型库；

S06、直观展示碰撞模型：通过由输入模块输入被模拟极地海域片区的浮冰硬度、厚度、密度以及船体数据，由三维模型直观的模拟并由显示器(203)直观的展示模拟碰撞的效果。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括：

1、本发明的模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置可极大化的模拟真实的缩放条件下的极地环境，通过制冰机构、浮冰表面图纹生成机构，制作不同类型及特征的冰层，包括平整冰、碎冰和冰脊，极大化的模拟北极浮冰的真实情况，包括浮冰底部的厚度和形状以及浮冰表面的图纹信息，保证船冰碰撞试验的极大化的接近真实性和有效性。

2、本发明通过碰撞试验模拟控制系统控制电机总成、拽曳拉力传感器、距离测量模块、前摄像头和侧摄像头对碰撞模拟试验过程中的动作进行控制并获取监控的图像数据，并通过三维建模模块形成碰撞模型库，建立不同材质和体型的小船模型，基于被模拟极地海域片区的浮冰厚度和硬度数据以及船体数据进行等比例缩小化的移动速度以及临界批破冰点所需的推进力，最大程度的模拟极地破冰船的航行环境和船冰碰撞效果和现象；并且可通过输入模块自动与三维碰撞模型相比对后进行碰撞模拟展示。

3、本发明可根据极地冰面实际数据，包括浮冰厚度、硬度和密度数据，进行针对性的且可重复的自动碰撞模拟试验，具有精准度、真实性和实用性高，可重复试验的优点。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置，其特征在于，包括：

模拟极地低温池(1)：用于展现等比例缩小的极地浮冰效果，搭载用于记录破冰所需临界动力值的测量机构，以及用于实时监控船冰碰撞过程中的船体与浮冰结构状态的图像数据采集机构，来模拟极地环境下船冰碰撞试验，直观地展现并记录模型船(111)与表面不同特征浮冰的碰撞试验情况与结果；

极地浮冰制备系统：包括PLC控制柜(6)、制冰机构、浮冰表面图纹生成机构、制备原料供应机构，用于在模拟极地低温池(1)制造等比例缩小的极地浮冰效果；所述PLC控制柜(6)用于对制冰系统进行制冰功率控制，制造浮冰碰撞试验所需要的冰，所述PLC控制柜(6)内部建立有可被雕刻机空间加工的三维模型和对应的浮冰环境数据模型；

辅助连接机构：用于支撑模拟极地低温池(1)、PLC控制柜(6)、极地浮冰制备系统，实现模拟极地低温池(1)与极地浮冰制备系统的之间的位置平顺过渡，完成模拟极地低温池(1)的浮冰由制造至测试工位的位移；

碰撞试验模拟控制系统(112)：用于根据试验模拟极地地区的浮冰的硬度和厚度信息，以及加载于模拟极地低温池(1)内的模型船(111 )的结构和材料特征，精准控制测量机构与模型船(111 )的牵引配合产生动力输出，以及图像数据采集机构实时采集的碰撞过程中船冰碰撞图像数据后，建立由试验模拟极地地区浮冰的硬度和厚度信息以及加载于模拟极地低温池(1)内的模型船(111 )的结构和材料特征相结合的由船冰碰撞图像数据形成的模拟碰撞模型。

2.根据权利要求1所述的一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置，其特征在于，所述模拟极地低温池(1)一内侧部连通安装有电磁阀的进出水管(113)，另一侧部开设有一缺口并与容纳模型船(111)的船体水池(2)上的缺口相对应且通过侧部设置橡胶压条相连接形成注水后的通路；所述船体水池(2)的侧部连接有安装电磁阀的水管(201)，所述模型船(111)初始状态下由船体水池(2)经缺口形成的通路驶入模拟极地低温池(1)进行碰撞试验；

所述测量机构包括拽曳拉力传感器(114)以及分别转动安装于模拟极地低温池(1)端部和船体水池(2)端部两侧的第一转辊(103)和第二转辊(202)，所述第一转辊(103)和第二转辊(202)上分别通过第一位置调节限位环(105)和第二位置调节限位环(2021)安装有定滑轮(104)和卷轮(2021)，所述模型船(111)通过刚性绳(106)经拽曳拉力传感器(114)后与定滑轮(104)相连并上卷绕回转至卷轮(2021)进行传动相连，所述第二转辊(202)端部安装有减速器的电机总成(205)提供衡定力且稳定的拉力输出，使模型船(111)在需要的横向位置角度进行浮冰的定速碰撞试验；

所述图像数据采集机构包括设置于支撑柱(8)顶端的第一平行滑轨(115)以及滑移配合的倒“凵”形滑移架(107)，所述倒“凵”形滑移架(107)上滑动配合有通过光电传感器与模型船(111)位置实时追踪进行图形采集的安装有前摄像头(110)和侧摄像头(109)的第一承载滑块(108)，分别对模型船(111)与浮冰的前部和侧部碰撞位置图像实时采集和记录；所述船体水池(2)与第一转辊(103)相对的侧部设置有横向位置可调节的与模型船(111)尾部正对的距离测量模块(204)。

3.根据权利要求1所述的一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置，其特征在于，所述制冰机构浮冰表面图纹生成机构包括安装于第一平行滑轨(115)的侧部，包括与第一平行滑轨(115)形状和结构一致的第二平行滑轨(3)，滑动配合于第二平行滑轨(3)上的横向滑移架(301)，滑动配合于横向滑移架(301)上的第二承载滑块(302)、安装于第二承载滑块(302)上的由电缸控制的可升降的电动雕刻刀或激光器(304)，根据浮冰冰面图纹数据对生成的平整冰雕刻或切割成等比例缩小的碎冰或冰脊；

所述制备原料供应机构包括安装有高精度水泵和电磁阀的装载有定浓度的海水存储桶(307)，所述海水存储桶(307)内海水进入至船体水池(2)和模拟极地低温池(1)内，使模拟极地低温池(1)内的水面高度满足极地浮冰底部深度结构的厚度后进入制冰机构进行制冰；

所述制冰机构包括设置于第二平行滑轨(3)侧部的倒“凵”形支撑架(4)，安装于倒“凵”形支撑架(4)上的升降机构(401)，安装于升降机构(401)底端的装载有冷凝器管(503)的承载板(5)，安装于外侧部的与冷凝器管(503)相连的压缩机组件(501)和蒸发器组件(502)，对模拟极地低温池(1)内的混合水按照浮冰硬度数据要求进行制冰。

4.根据权利要求1所述的一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置，其特征在于，所述辅助连接机构采用第三平行滑轨(7)，所述第三平行滑轨(7)横向连接于支撑柱(8)、第二平行滑轨(3)、倒“凵”形支撑架(4)的内侧壁之间，使模拟极地低温池(1)平顺的于第三平行滑轨(7)横向连接于支撑柱(8)、第二平行滑轨(3)、倒“凵”形支撑架(4)的内侧壁之间精准且平顺地移动。

5.根据权利要求1所述的一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置，其特征在于，所述碰撞试验模拟控制系统(112)包括存储浮冰冰面图纹数据、浮冰硬度数据、浮冰厚度数据的存储数据库，控制电机总成(205)的电机控制模块，获取前摄像头(110)与侧摄像头(109)采集的图像数据的碰撞图像数据输入模块，根据采集的图像数据以及浮冰空间结构数据进行三维建模的三维建模模块，经由三维建模模块建立的碰撞模型库，无线通讯相连获取拽曳拉力传感器(114)上牵引力数据的牵引力监测模块，控制安装于船体水池(2)外侧部的显示屏(203)进行显示的显示控制模块，用于输入各项数据参数的进行查询模拟显示的输入模块；所述输入模块采用包括鼠标、键盘、USB插口的外设；所述存储数据库、电机控制模块、三维建模模块牵引力检测模块、显示控制模块输入模块分别连接处理模块。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种模拟极地船冰碰撞的特征冰阻力试验装置及试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01、填充制冰海水：所述模拟极地低温池(1)通过进出水管，连接海水存储桶(307)通过控制水泵和电磁阀注入对应的深度浮冰所需的海水；

S02、制冰：承载的所需浮冰海水的模拟极地低温池(1)在辅助连接机构辅助下，于第三平行滑轨(7)上滑动至倒“凵”形支撑架(4)的侧部，通过承载板(5)搭载冷凝器管(503 )进行冷凝形成平整冰；

S03、形成浮冰冰面图纹：制备好浮冰的模拟极地低温池(1)于滑移至第二平行滑轨(3)的侧部，通过进行电动雕刻刀或激光器(304)按照获取到的浮冰冰面图纹信息按照比例缩放雕刻成碎冰或冰脊；

S04、构建碰撞模拟环境：形成浮冰冰面图纹的模拟极地低温池(1)滑移至支撑柱(8)的内侧模拟碰撞工位上，模拟极地低温池(1)与船体水池(2)通过缺口配合橡胶压紧块相连通，通过水管(201)与海水存储桶(307)相连加载海水，使海水经缺口通道进入模拟极地低温池(1)中，直至使浮冰浮起，且模拟极地低温池(1)与船体水池(2)液位高度一致，然后根据需要选择放置模型船(111)，并安装刚性绳(106)、拽曳拉力传感器(114)、第一转辊(103)、定滑轮(104)、第二转辊(202)，并与碰撞试验模拟控制系统(112)控制相连；

S05、碰撞模拟试验：碰撞试验模拟控制系统(112)控制包括电机总成(205)、拽曳拉力传感器(114)、距离测量模块(204)、前摄像头(110)和侧摄像头(109)对碰撞模拟试验过程中的动作进行控制并获取监控的图像数据，并通过三维建模模块形成碰撞模型库；

S06、直观展示碰撞模型：通过由输入模块输入被模拟极地海域片区的浮冰硬度、厚度、密度以及船体数据，由三维模型直观的模拟并由显示器(203)直观的展示模拟碰撞的效果。

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