CN113148055B - 临时试验水池假底单元及基于该装置的耐波性试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于深水试验水池试验技术领域，具体涉及一种临时试验水池假底单元及基于该装置的耐波性试验方法。本发明为没有安装永久性钢结构水池假底的试验水池提供了一种临时试验水池假底，临时试验水池假底采用可拆卸式的单元结构设计，使用时可以根据使用需求直接组装，试验完毕可以打捞后拆解放置，并且水深高度也可以通过调节钢缆的长度满足使用需求，能够模拟多种水深下的海底情况。同时，临时试验水池假底为锚链提供了海底系锚点，实现了锚链的躺底效应，能够模拟近海岸倾斜海底以及复杂海底地貌的海洋环境，较为贴近的模拟了实船在工作时的海洋环境，使得试验数据更具可靠性。

Description

临时试验水池假底单元及基于该装置的耐波性试验方法
技术领域
本发明属于深水试验水池试验技术领域，具体涉及一种临时试验水池假底单元及基于该装置的耐波性试验方法。
背景技术
随着国家大力发展海洋事业，各种海洋装备不断推陈出新，模型试验是预测海洋装备性能最准确最常用的方法。深水试验水池是模型试验最重要的试验装备之一，为模拟不同水深的海洋环境，深水试验水池通常会安装大型水池假底，通过调节假底高度来模拟不同海洋环境下的水深情况。
水池假底作为海洋工程水池重要的组成部分，其主要作用是模拟海底平面，根据试验要求模拟不同海况下的海底深度。同时，水池假底能够为船模系泊装置提供海底锚点，便于测试船模在系泊时的一系列性能参数。一般可升降假底是由钢结构组成，其结构组成和安装条件相对复杂。假底作为一个大型钢结构，造价昂贵，自重较大，结构上负荷较重负担，设备经常不运转，需要频繁的维修护理。并且国内有些深水试验水池没有安装钢结构假底，无法开展系泊状态下的模型试验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种临时试验水池假底单元。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括矩形角钢刚架，在矩形角钢刚架中央设有“十”字型结构支撑，在矩形角钢刚架的框架内安装有珍珠棉泡沫板，矩形角钢刚架的四边中点处分别连接有一条钢缆，钢缆下端安装有砝码；所述的珍珠棉泡沫板提供的浮力大于矩形角钢刚架的重力，使矩形角钢刚架能够漂浮在水中；所述的砝码沉淀在试验水池底部，砝码与矩形角钢刚架的重力大于珍珠棉泡沫板提供的浮力，使四条钢缆处于张紧状态。
本发明还可以包括：
所述的矩形角钢刚架四边中点处开有圆孔；所述的钢缆上端穿过圆孔并通过U型卡扣卡紧。
本发明的目的还在于提供一种基于临时试验水池假底的耐波性试验方法。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：
步骤1：根据试验要求制作实船的等比例缩小模型，缩尺比为μ；获取实船的作业水深H、锚链长度L、横荡运动宽度B，获取实船作业海域的波长λs、波幅ξs与频率ωs；
步骤2：根据实船锚链的物理特性，制作与实船锚链物理特性相似的试验锚链，试验锚链长度为L/μ；
步骤3：在实船的等比例缩小模型的船艏预定位置安装带有导缆孔的方木，在深水试验水池中布置临时水池假底；将实船的等比例缩小模型布置在试验水池中，位于临时水池假底的上方；将试验锚链一端与方木上的导缆孔连接，另一端连接在临时水池假底前端；
所述的临时水池假底的宽度大于B/μ，长度大于试验锚链水平投影长度与实船的等比例缩小模型的长度之和，临时水池假底与水线面之间的距离为H/μ；
所述的临时水池假底由假底单元拼接而成；所述的假底单元包括矩形角钢刚架，在矩形角钢刚架中央设有“十”字型结构支撑，在矩形角钢刚架的框架内安装有珍珠棉泡沫板，矩形角钢刚架的四边中点处分别连接有一条钢缆，钢缆下端安装有砝码；所述的珍珠棉泡沫板提供的浮力大于矩形角钢刚架的重力，使矩形角钢刚架能够漂浮在水中；所述的砝码沉淀在试验水池底部，砝码与矩形角钢刚架的重力大于珍珠棉泡沫板提供的浮力，使四条钢缆处于张紧状态；
所述的临时水池假底上可根据试验需要铺设近海岸海底结构模型或复杂地貌海底结构模型；
步骤4：设置试验水池中波长为λs/μ、波幅为ξs/μ与频率
Figure BDA0003081842600000021
调整实船的等比例缩小模型的初始位置后进行试验，根据数据采集系统反馈的电信号获取船体运动数据。
本发明还可以包括：
所述的矩形角钢刚架四边中点处开有圆孔；所述的钢缆上端穿过圆孔并通过U型卡扣卡紧。
所述的步骤3中试验锚链的上端通过U型卡扣万向钩与方木上的导缆孔连接。
本发明的有益效果在于：
本发明为没有安装永久性钢结构水池假底的试验水池提供了一种基于临时试验水池假底的耐波性试验方法。水池假底采用可拆卸式的子系统结构设计，使用时可以根据使用需求直接组装，试验完毕可以打捞后拆解放置，并且水深高度也可以通过调节钢缆的长度满足使用需求，能够模拟多种水深下的海底情况。同时，假底为锚链提供了海底系锚点，实现了锚链的躺底效应，假底能够模拟近海岸倾斜海底以及复杂海底地貌的海洋环境，较为贴近的模拟了实船在工作时的海洋环境，使得试验数据更具可靠性。
附图说明
图1为船模系泊于水池假底总体示意图。
图2为本发明中一种临时试验水池假底单元的结构示意图。
图3为本发明中锚链上端连接船模部位的示意图。
图4为近海岸假底结构的示意图。
图5为复杂地貌假底结构的示意图。
图6为本发明的实施例中横摇运动时历曲线图。
图7为本发明的实施例中纵摇运动时历曲线图。
图8为本发明的实施例中升沉运动时历曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明涉及深水试验水池假底技术领域，具体的说是一种基于临时试验水池假底装置的耐波性试验方法。本发明的目的在于为没有安装大型钢结构永久性水池假底的试验水池提供一种基于临时水池假底装置的船模耐波性试验方法。本发明提供了临时水池假底装置的设计方案，在保证满足试验水深条件的同时，为系泊系统提供了海底系锚点，并且解决了锚链的躺底效应；同时能够模拟近海岸地形以及海底复杂地貌地形，实现了模型在单点系泊下船体运动数据测试，为实船耐波性提供了可靠的试验数据。
本发明的目的通过以下技术方案实现：包括以下步骤：
步骤一：根据试验要求制作几何相似的等比例缩小模型，缩尺比为μ，并在船艏预定位置安装带有导缆孔的方木；
步骤二：根据模型缩尺比，确定用于试验的系泊锚链长度以及系泊点。并根据实船锚链物理特性，制作跟实船锚链物理特性相似的试验锚链；
步骤三：根据确定好的锚链长度以及系泊点位置，制作合适尺度且符合试验工况要求的简易临时水池假底；
所述的临时水池假底由多个子假底系统根据试验要求拼接而成。子假底系统由矩形角钢刚架、形貌地形模型、珍珠棉泡沫板、钢缆以及砝码构成。制定合适尺度方便下水操作的水池假底子系统，根据锚链长度以及试验需求拼接总体水池假底装置。水池假底系统置于试验水池池底，矩形刚架上有圆孔用于提供海底系泊点连接锚链。
步骤四：根据带预报的实船的波长λs、波幅ζs与频率ωs，获取带预报的波长λm＝λs/μ、波幅ζm＝ζs/μ与频率
Figure BDA0003081842600000031
将船模置于水中，调整浮态后将锚链上端通过万向钩连接船模方木上的导缆孔，锚链下端通过万向钩连接水池假底系统，并调整船模初始位置后进行试验，根据数据采集系统反馈的电信号获取船体运动数据。
步骤五：根据模型耐波性试验得到的船体运动数据，计算待预报的实船的船体运动数据，其中，线位移包括：横荡、纵荡、垂荡；角位移包括：横摇、纵摇、艏摇；
线位移：ηs＝ηm·μ
角位移：θs＝θm
步骤3中的布置临时水池假底的方法具体为：
为保证假底水池工艺加工的可行性，临时水池假底由多个子假底系统通过多个螺栓根据试验要求拼接而成。子假底系统包括上浮假底和系泊定位系统，上浮假底主要由矩形角钢刚架和珍珠棉泡沫板以及地貌地形模型构成，系泊定位系统包括钢缆和砝码等。
根据系泊缆躺底、悬链线部分水平投影长度以及船模长度确定水池假底的长度范围。水池假底的长度要大于等于三者的加和长度，宽度大于船模的横荡范围即可，以确保船模在规定的试验水深下运动。
矩形角钢刚架结构是由L型角钢焊接组成的矩形支撑架，刚架中间采用“十”字型结构支撑以保证刚架的强度。珍珠棉泡沫板通过钢丝固定于刚架矩形框内，珍珠棉泡沫板大小为刚架矩形框内尺寸大小，珍珠棉泡沫板提供足够大的浮力使得刚架装置漂浮在水中，假底系统的L型角钢构成的刚架四周有圆形开孔，开孔位置位于刚架四边的中点处，钢缆穿过开孔通过U型卡扣卡紧，实现系泊定系统和假底系统的连接。上浮假底上表面设有海底系锚点，用于船模系泊系统的连接。
根据试验要求如若需要在复杂地形地貌或者浅水环境下进行试验，则可根据实际海底情况3D打印海底地貌模型，将海底地貌模型通过螺栓连接于刚架上。
系泊定位系统下端连接砝码，砝码的重力大于珍珠棉提供的浮力，通过浮力和重力的平衡实现系泊系统的水下定位，且由于浮力和重力值相对较大，使得钢缆处于张紧状态，水下的波浪力不会使得钢缆晃动从而导致系泊系统的晃动。钢缆的有效长度根据以下公式计算：
h钢缆＝H-h-h砝码-hL
其中，h钢缆为钢缆的有效长度，H为水池水深，h为试验要求水深，h砝码为砝码的有效高度，hL为L型角钢的有效宽度。
本发明为没有安装永久性钢结构水池假底的试验水池提供了一种基于临时试验假底装置的耐波性试验方法。水池假底采用可拆卸式的子系统结构设计，使用时可以根据使用需求直接组装，试验完毕可以打捞后拆解放置；并且水深高度也可以通过调节钢缆的长度满足使用需求；能够模拟多种水深下的海底情况，同时，为锚链提供了海底系锚点，并且实现了锚链的躺底效应；能够模型近海岸倾斜海底以及复杂海底地貌的海洋环境，较为贴近的模拟了实船在工作时的海洋环境，利用数据采集仪进行船体耐波性数据采集，使得试验数据更具可靠性。
实施例1：
如图1和图2所示，本发明提供的临时试验水池假底应用于深水试验水池1中。临时试验水池假底单元包括矩形角钢刚架2，在矩形角钢刚架中央设有“十”字型结构支撑，在矩形角钢刚架的框架内安装有珍珠棉泡沫板3，矩形角钢刚架的四边中点处分别连接有一条钢缆6，钢缆下端安装有砝码7；所述的珍珠棉泡沫板提供的浮力大于矩形角钢刚架和四条钢缆的总重力，使矩形角钢刚架能够漂浮在水中；所述的砝码沉淀在试验水池底部，四个砝码、矩形角钢刚架和四条钢缆的总重力大于珍珠棉泡沫板提供的浮力，使四条钢缆处于张紧状态。临时水池假底上可根据试验需要铺设近海岸海底结构模型13或复杂地貌海底结构模型14。
L型角钢构成的角钢刚架2四周有圆形开孔4，开孔位置位于刚架2四边的中点处，钢缆 6穿过圆形开孔4通过U型卡扣5卡紧。矩形框架内通过钢丝固定矩形框架同等大小的珍珠棉泡沫板3。根据试验水深要求选取合适的钢缆6长度，钢缆6下端通过U型卡扣实现钢缆 6和砝码7的连接。
在实船的等比例缩小模型9的船艏预定位置安装带有导缆孔12的方木11，将实船的等比例缩小模型布置在试验水池中，位于临时水池假底的上方；将试验锚链8一端通过U型卡扣6和万向钩10与方木上的导缆孔连接，另一端连接在临时水池假底前端。
以长20m，宽15m，水深为6m的深水试验水池，实船长250m的养殖工船耐波性试验为例(本实例着重考虑养殖工船在有限水深单点系泊下的耐波性能，因此水池假底为平面海底，不考虑近海岸以及复杂地貌海底环境)。实船参数：吃水12m，锚链长350m，躺底长度93m，作业水深60m.
模型缩尺比选为1:50，根据模型实船比例换算关系，锚链水平投影长度+船模长度为 10.1m，模型试验水深为1.2m。则可以确定水池假底总体尺寸：长度>10.4m，且总体高度为 4.8m。
本次试验水池假底系统由6个子假底系统拼接而成，沿水池宽度方向布置两排子假底系统，沿水池长度方向布置三排子假底系统，水池假底总系统的尺寸为7m*10.5m。单个子假底系统的大小为3.5m*3.5m。角钢尺寸为3cm*3cm*4mm，刚架总重27.5kg。采用 1.75m*1.75m*5mm的珍珠棉泡沫板，珍珠棉泡沫板所提供的浮力为612.5N，远大于刚架的重量，使刚架能够漂浮在水中，同时钢缆处于足够张紧的状态使得钢缆不受波浪力的作用而产生晃动。刚架四边的中点处有圆形开孔，开孔通过U型卡扣连接钢缆，计及砝码高度10cm 和刚架高度3cm，钢缆的长度为4.67m。子假底系统通过钢缆下端连接砝码来实现子系统的水下系泊定位，单个砝码重量为20kg,子假底系统一共4个砝码共计80kg，砝码重量+刚架重量远大于泡沫板提供的浮力，因此能够实现水中的系泊定位，同时钢缆处于张紧状态，不会因为波浪力的作用产生晃动。
假底系统吊装下水，安装至指定位置。将船模置于水中，调整浮态后将船模放置预定位置。系泊缆上端通过万向钩连接导缆孔，下端通过万向钩连接假底，调整好船模初始位置后进行船模耐波性试验。
通过数据采集仪采集船体运动信息，根据船模运动数据换算实船运动。图6、图7、图8 为船体横摇、纵摇、升沉运动时历曲线，测试的数据真实可靠，达到了试验目的和要求。
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 (5)

1.一种临时试验水池假底单元，其特征在于：包括矩形角钢刚架，在矩形角钢刚架中央设有“十”字型结构支撑，在矩形角钢刚架的框架内安装有珍珠棉泡沫板，矩形角钢刚架的四边中点处分别连接有一条钢缆，钢缆下端安装有砝码；所述的珍珠棉泡沫板提供的浮力大于矩形角钢刚架和四条钢缆的总重力，使矩形角钢刚架能够漂浮在水中；所述的砝码沉淀在试验水池底部，四个砝码、矩形角钢刚架和四条钢缆的总重力大于珍珠棉泡沫板提供的浮力，使四条钢缆处于张紧状态。
2.根据权利要求1所述的一种临时试验水池假底单元，其特征在于：所述的矩形角钢刚架四边中点处开有圆孔；所述的钢缆上端穿过圆孔并通过U型卡扣卡紧。
3.一种基于临时试验水池假底的耐波性试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据试验要求制作实船的等比例缩小模型，缩尺比为μ；获取实船的作业水深H、锚链长度L、横荡运动宽度B，获取实船作业海域的波长λs、波幅ξs与频率ωs；
步骤2：根据实船锚链的物理特性，制作与实船锚链物理特性相似的试验锚链，试验锚链长度为L/μ；
步骤3：在实船的等比例缩小模型的船艏预定位置安装带有导缆孔的方木，在深水试验水池中布置临时水池假底；将实船的等比例缩小模型布置在试验水池中，位于临时水池假底的上方；将试验锚链一端与方木上的导缆孔连接，另一端连接在临时水池假底前端；
所述的临时水池假底的宽度大于B/μ，长度大于试验锚链水平投影长度与实船的等比例缩小模型的长度之和，临时水池假底与水线面之间的距离为H/μ；
所述的临时水池假底由假底单元拼接而成；所述的假底单元包括矩形角钢刚架，在矩形角钢刚架中央设有“十”字型结构支撑，在矩形角钢刚架的框架内安装有珍珠棉泡沫板，矩形角钢刚架的四边中点处分别连接有一条钢缆，钢缆下端安装有砝码；所述的珍珠棉泡沫板提供的浮力大于矩形角钢刚架和四条钢缆的总重力，使矩形角钢刚架能够漂浮在水中；所述的砝码沉淀在试验水池底部，四个砝码、矩形角钢刚架和四条钢缆的总重力大于珍珠棉泡沫板提供的浮力，使四条钢缆处于张紧状态；
所述的临时水池假底上根据试验需要铺设近海岸海底结构模型或复杂地貌海底结构模型；
步骤4：设置试验水池中波长为λs/μ、波幅为ξs/μ与频率
Figure FDA0003666445260000011
调整实船的等比例缩小模型的初始位置后进行试验，根据数据采集系统反馈的电信号获取船体运动数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于临时试验水池假底的耐波性试验方法，其特征在于：所述的矩形角钢刚架四边中点处开有圆孔；所述的钢缆上端穿过圆孔并通过U型卡扣卡紧。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于临时试验水池假底的耐波性试验方法，其特征在于：所述的步骤3中试验锚链的上端通过U型卡扣万向钩与方木上的导缆孔连接。
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