CN112208720B

CN112208720B - 一种舵鳍联合减摇试验装置

Info

Publication number: CN112208720B
Application number: CN202011061981.2A
Authority: CN
Inventors: 夏召丹; 陈禧; 封培元; 卫燕清; 王亚森
Original assignee: 708th Research Institute of CSIC
Current assignee: 708th Research Institute of CSIC
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: CN112208720A

Abstract

本发明涉及一种舵鳍联合减摇试验装置，属于船舶测控技术领域。包括舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统、船模姿态测试系统、下位机与无线传输系统和上位机；船模上设有舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统、船模姿态测试系统、下位机与无线传输系统；岸上设有上位机和无线传输系统；舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统和船模姿态测试系统分别通过无线传输系统与上位机连接；上位机通过无线传输系统与下位机连接；舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统和船模姿态测试系统分别与下位机连接。本试验装置集成了舵角、鳍角、航向角、横摇角测试装置、舵和鳍控制装置及无线传输系统，主要用于船舶与海洋工程试验中舵鳍联合减摇模型试验。

Description

一种舵鳍联合减摇试验装置

技术领域

本发明涉及一种舵鳍联合减摇试验装置，属于船舶测控技术领域。

背景技术

船舶在海上航行时，航运事故和灾难屡有发生，其中以船舶受恶劣天气及大风浪影响，产生激烈横摇导致船舶海损甚至倾覆沉没为最多，这不仅造成巨大的经济损失，同时也会造成严重的人员伤亡。据中国海事局统计,平均每年发生航行事故达800多起，因此保证海上交通运输安全、提高船舶运动控制技术，关系到我国能源安全、资源安全和经济持续发展。

剧烈的横摇除了影响船舶的安全性外，对船舶的适航性、船上设备的正常工作、货物的固定及船员的舒适性也都有很大的影响。对于军舰来说，剧烈的横摇会影响舰载飞机的正常起降，还会使火炮无法精确命中目标，以至于在战争中处于被动地位。因此，船舶减摇控制成为船舶运动控制技术的一个重要研究领域。为了减小船舶横摇，船舶设计师们付出了不少努力，成功地设计了各种各样的减摇装置。其中舵鳍联合控制系统就是在减摇鳍和舵减摇基础上发展起来的一种减摇装置。

发明内容

本发明的目的是为解决如何减少横摇的技术问题。

为了达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种舵鳍联合减摇试验装置，包括舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统、船模姿态测试系统、下位机与无线传输系统和上位机；所述船模上设有舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统、船模姿态测试系统、下位机与无线传输系统；岸上设有上位机和无线传输系统；所述舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统和船模姿态测试系统分别通过无线传输系统与上位机连接；上位机通过无线传输系统与下位机连接；所述舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统和船模姿态测试系统分别与下位机连接。

优选地，所述舵测控系统包括舵、舵杆、减速齿轮箱一、舵角度传感器、无线节点二、舵电机、舵驱动器和PLC控制器；所述舵通过舵杆和减速齿轮箱一和舵角度传感器连接，舵角度传感器通过无线节点二与上位机连接；PLC控制器通过舵驱动器与舵电机连接，舵电机通过减速齿轮箱一与舵杆和舵连接。

优选地，减速齿轮箱一上设有用于控制舵角进行寻零的舵角零位开关和舵运转过程中，用于对舵角进行限制的舵角限位开关。

优选地，所述鳍测控系统包括减摇鳍、鳍杆、减速齿轮箱二、鳍角度传感器、无线节点三、万向节二、鳍电机、鳍电机驱动器和PLC控制器；所述减摇鳍通过鳍杆与减速齿轮箱二连接，减速齿轮箱二通过鳍角度传感器和无线节点三连接，无线节点三与上位机连接；所述减速齿轮箱二通过万向节二和鳍电机连接，鳍电机通过鳍电机驱动器和PLC控制器连接。

优选地，所述减速齿轮箱二上设有用于控制鳍角进行寻零的鳍角零位开关和鳍角运转过程中，用于对鳍角进行限制的鳍角限位开关。

优选地，所述船模动力系统包括螺旋桨、螺旋桨桨轴、螺旋桨转速传感器、无线节点一、螺旋桨电机和螺旋桨电机的驱动器；所述螺旋桨通过螺旋桨桨轴与螺旋桨电机连接，螺旋桨电机上设有螺旋桨电机的驱动器；所述螺旋桨桨轴上设有螺旋桨转速传感器和无线节点一，无线节点一与所述上位机连接。

优选地，所述船模姿态测试系统包括用于测试船模纵摇及横摇的垂直陀螺和用于测试船模航向角的航向陀螺。

优选地，所述垂直陀螺和航向陀螺分别通过下位机与无线传输网桥连接，无线传输网桥与上位机连接。

优选地，所述无线节点一、无线节点二和无线节点三分别通过下位机与无线传输网桥连接，无线传输网桥与上位机连接。

优选地，所述螺旋桨电机的驱动器、鳍电机驱动器和舵驱动器通过PLC控制器与下位机连接。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明的试验装置集成了舵角、鳍角、航向角、横摇角测试装置、舵和鳍控制装置以及无线传输系统，用于船舶与海洋工程试验中舵鳍联合减摇模型试验。试验装置设计合理，实用可靠。

附图说明

图1为本发明的的原理图；

图2为本发明实施例的装置外形结构图；

图3为本发明实施例的动力系统和舵测控系统图；

图4为本发明实施例的鳍测控系统外形结构图；

附图标记：1.船模；2.螺旋桨；3.螺旋桨桨轴；4.螺旋桨转速传感器；5.无线节点一；6.螺旋桨电机；7.螺旋桨电机的驱动器；8.舵；9.舵杆；10.减速齿轮箱一；11.舵角零位开关；12.舵角限位开关；13.舵角度传感器；14.无线节点二；15.万向节一；16.舵电机；17.舵电机的驱动器；18.减摇鳍；19.减摇鳍杆；20.减摇鳍轴套；21.油封；22.减速齿轮箱二；23.鳍角零位开关；24.鳍角限位开关；25.万向节二；26.鳍电机支座；27.鳍电机；28.鳍电机驱动器；29.鳍角度传感器；30.无线节点三；31.PLC控制器；32.下位机；33.无线传输网桥；34.垂直陀螺；35.航向陀螺；

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：

如图1-4所示，本发明提供一种舵鳍联合减摇试验装置，包括舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统、船模姿态测试系统、下位机32与无线传输系统和上位机；船模1上设有舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统、船模姿态测试系统、下位机32与无线传输系统；岸上设有上位机和无线传输系统；舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统和船模姿态测试系统分别通过无线传输系统与上位机连接；上位机通过无线传输系统与下位机32连接；舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统和船模姿态测试系统分别与下位机32连接。舵测控系统包括舵8、舵杆9、减速齿轮箱一10、舵角度传感器13、无线节点二14、舵电机16、舵驱动器17和PLC控制器31；舵8通过舵杆9和减速齿轮箱一10和舵角度传感器13连接，舵角度传感器13通过无线节点二14与上位机连接；PLC控制器31通过舵驱动器17与舵电机16连接，舵电机16通过减速齿轮箱一10与舵杆9和舵8连接。减速齿轮箱一10上设有用于控制舵角进行寻零的舵角零位开关11和舵运转过程中，用于对舵角进行限制的舵角限位开关12。鳍测控系统包括减摇鳍18、减摇鳍杆19、减速齿轮箱二22、鳍角度传感器29、无线节点三30、万向节二25、鳍电机27、鳍电机驱动器28和PLC控制器31；减摇鳍18通过减摇鳍杆19与减速齿轮箱二22连接，减速齿轮箱二22通过鳍角度传感器29和无线节点三30连接，无线节点三30与上位机连接；减速齿轮箱二22通过万向节二25和鳍电机27连接，鳍电机27通过鳍电机驱动器28和PLC控制器31连接。减速齿轮箱二22上设有用于控制鳍角进行寻零的鳍角零位开关23和鳍角运转过程中，用于对鳍角进行限制的鳍角限位开关24。船模动力系统包括螺旋桨2、螺旋桨桨轴3、螺旋桨转速传感器4、无线节点一5、螺旋桨电机6和螺旋桨电机的驱动器7；螺旋桨2通过螺旋桨桨轴3与螺旋桨电机6连接，螺旋桨电机6上设有螺旋桨电机的驱动器7；螺旋桨桨轴3上设有螺旋桨转速传感器4和无线节点一5，无线节点一5与上位机连接。船模姿态测试系统包括用于测试船模纵摇及横摇的垂直陀螺34和用于测试船模航向角的航向陀螺35。垂直陀螺34和航向陀螺35分别通过下位机32与无线传输网桥33连接，无线传输网桥33与上位机连接。无线节点一5、无线节点二14和无线节点三30分别通过下位机32与无线传输网桥33连接，无线传输网桥33与上位机连接。螺旋桨电机的驱动器7、鳍电机驱动器28和舵驱动器17通过PLC控制器31与下位机32连接。

如图3所示，图中测控仪器均安装在船模1中，螺旋桨2通过螺旋桨桨轴3和螺旋桨转速传感器4、无线节点一5、螺旋桨电机6及螺旋桨电机驱动器7连接，螺旋桨电机驱动器7驱动螺旋桨电机6带动螺旋桨2转动为船模1提供动力，螺旋桨转速传感器4对螺旋桨2转速进行实时测试，通过无线节点一5反馈至上位机。舵8通过舵杆9和减速齿轮箱一10和舵角度传感器13连接，减速齿轮箱一10将垂直舵杆9转动方向转变成水平方向，方便舵机等设备的安装，同时将舵机转速减小若干倍再传输给舵8，舵角度传感器13测试舵角然后通过无线节点二14将舵角信息实时传送给上位机，舵角零位开关11和舵角限位开关12安装在减速齿轮箱一10上，试验前，舵角零位开关11控制舵角进行寻零以保证开始试验时，初始舵角为零，舵运转过程中，舵角限位开关12对舵角进行限制，以免控制策略出现较大舵角时损坏舵装置。

如图2中，舵8的减速齿轮箱一10连接万向节一15，然后再和舵电机16连接，舵电机16再连接舵电机驱动器17，舵电机驱动器17再和PLC控制器31连接，PLC控制器31将舵角信息传送给舵电机驱动器17，进而驱动舵电机16转动来控制舵角。

如图4中减摇鳍18通过减摇鳍杆19和减速齿轮箱二22连接，减摇鳍轴套20和油封21保证鳍在转动的过程中船模的水密性，减速齿轮箱二22一分为二，一边和鳍角度传感器29连接，再和无线节点三30连接，将测试到的舵角位置反馈至上位机，试验前，鳍角零位开关23控制鳍角进行寻零以保证开始试验时初始鳍角为零，鳍角限位开关24对鳍角进行限制，以免控制策略出现较大鳍角时损坏鳍装置。减速齿轮箱二22通过万向节二25和鳍电机27连接，鳍电机27通过鳍电机支座26安装在船模1内，鳍电机27再和鳍电机驱动器28连接，鳍电机驱动器28再和PLC控制器31连接，PLC控制器31将鳍角信息传送给鳍电机驱动器28，进而驱动鳍电机27转动来控制鳍角。垂直陀螺34测试船模纵摇及横摇，航向陀螺35测试船模航向角，然后传输至下位机32，下位机32再通过无线传输网桥33将收集到的信号传送至上位机。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：包括舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统、船模姿态测试系统、下位机与无线传输系统和上位机；船模上设有舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统、船模姿态测试系统、下位机与无线传输系统；岸上设有上位机和无线传输系统；所述舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统和船模姿态测试系统分别通过无线传输系统与上位机连接；上位机通过无线传输系统与下位机连接；所述舵测控系统、鳍测控系统、船模动力系统和船模姿态测试系统分别与下位机连接；所述舵测控系统包括舵、舵杆、减速齿轮箱一、舵角度传感器、无线节点二、舵电机、舵驱动器和PLC控制器；所述舵通过舵杆和减速齿轮箱一和舵角度传感器连接，舵角度传感器通过无线节点二与上位机连接；PLC控制器通过舵驱动器与舵电机连接，舵电机通过减速齿轮箱一与舵杆和舵连接。

2.如权利要求1所述的一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：所述减速齿轮箱一上设有用于控制舵角进行寻零的舵角零位开关和舵运转过程中，用于对舵角进行限制的舵角限位开关。

3.如权利要求2所述的一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：所述鳍测控系统包括减摇鳍、鳍杆、减速齿轮箱二、鳍角度传感器、无线节点三、万向节二、鳍电机、鳍电机驱动器和PLC控制器；所述减摇鳍通过鳍杆与减速齿轮箱二连接，减速齿轮箱二通过鳍角度传感器和无线节点三连接，无线节点三与上位机连接；所述减速齿轮箱二通过万向节二和鳍电机连接，鳍电机通过鳍电机驱动器和PLC控制器连接。

4.如权利要求3所述的一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：所述减速齿轮箱二上设有用于控制鳍角进行寻零的鳍角零位开关和鳍角运转过程中，用于对鳍角进行限制的鳍角限位开关。

5.如权利要求4所述的一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：所述船模动力系统包括螺旋桨、螺旋桨桨轴、螺旋桨转速传感器、无线节点一、螺旋桨电机和螺旋桨电机的驱动器；所述螺旋桨通过螺旋桨桨轴与螺旋桨电机连接，螺旋桨电机上设有螺旋桨电机的驱动器；所述螺旋桨桨轴上设有螺旋桨转速传感器和无线节点一，无线节点一与所述上位机连接。

6.如权利要求5所述的一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：所述船模姿态测试系统包括用于测试船模纵摇及横摇的垂直陀螺和用于测试船模航向角的航向陀螺。

7.如权利要求6所述的一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：所述垂直陀螺和航向陀螺分别通过下位机与无线传输网桥连接，无线传输网桥与上位机连接。

8.如权利要求7所述的一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：所述无线节点一、无线节点二和无线节点三分别通过下位机与无线传输网桥连接，无线传输网桥与上位机连接。

9.如权利要求8所述的一种舵鳍联合减摇试验装置，其特征在于：所述螺旋桨电机的驱动器、鳍电机驱动器和舵驱动器通过PLC控制器与下位机连接。