CN113393734B - 一种模拟舰船模型搁浅的装置及获取搁浅姿态的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于船舶与海洋相关技术领域，并公开了一种模拟舰船模型搁浅的装置及获取搁浅姿态的方法。该装置包括搁浅面板、升降机构和横向移动机构，搁浅面板用于放置舰船模型，升降机构用于调整搁浅面板的高度，横向移动机构用于调整搁浅面板横向的位移；搁浅面板包括短距搁浅面板、中距搁浅面板以及长距搁浅面板，根据舰船模型模拟的搁浅状态择一选择；当模拟舰船全搁浅状态时，选择长距搁浅面板，舰船模型整体放置在长距搁浅面板上；当模拟舰船板搁浅状态时，选择中距搁浅面板，舰船模型的一半放置在中距搁浅面板上；当模拟局部搁浅状态时，选择短距搁浅面板，舰船模型局部放置在短距搁浅面板上。通过本发明，解决依靠人力经验判断搁浅状态的问题。

Description

一种模拟舰船模型搁浅的装置及获取搁浅姿态的方法
技术领域
本发明属于船舶与海洋相关技术领域，更具体地，涉及一种模拟舰船模型搁浅的装置及获取搁浅姿态的方法。
背景技术
随着我国经济高速发展及进出口贸易进一步增加，海上交通运输日益繁忙，舰船在从事海上作业时，不可避免的会发生搁浅、无法移动的情况。船舶与不规则的水体底部接触，无法保持正常航行状态时，即定义为搁浅状态(一般发生在近岸区，如触礁)。搁浅往往对船舶本身产生重大的结构影响，严重者更可能导致船舶进水倾覆，人员伤亡，造成巨大损失。当搁浅情况严重时，船舶只能依靠搜救队救援，但当船舶各装置还可正常运转，且进水情况得到控制时，通过调整或丢弃船上的重物和反转螺旋桨(倒车)，即可实现搁浅自救。然而目前并没有固定常规的方法解决，更多的只能依靠舰船管理人员的经验或等待海上救捞队支援。由于船舶搁浅时复杂的搁浅状态及受力情况，现行的实验方法中仍没有较常规可靠的方法来研究船舶搁浅，因此进行船舶搁浅模拟实验方法研究十分必要。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模拟舰船搁浅的装置，通过模拟舰船不同的搁浅状态，获取处于不同搁浅状态下船模的姿态、搁浅力分力信息，解决依靠人力经验判断搁浅状态的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种模拟舰船模型搁浅的装置，该装置包括搁浅面板、升降机构和横向移动机构，其中：
所述搁浅面板用于放置舰船模型，所述升降机构用于调整所述搁浅面板的高度，所述横向移动机构用于调整所述搁浅面板横向的位移；
所述搁浅面板包括短距搁浅面板、中距搁浅面板以及长距搁浅面板三种，根据舰船模型模拟的搁浅状态择一选择；当模拟舰船全搁浅状态时，选择长距搁浅面板，舰船模型整体放置在长距搁浅面板上；当模拟舰船板搁浅状态时，选择中距搁浅面板，舰船模型的一半放置在所述中距搁浅面板上；当模拟局部搁浅状态时，选择短距搁浅面板，舰船模型局部放置在所述短距搁浅面板上。
进一步优选地，所述搁浅面板的底面四个角落对称分别设置有压力传感器，分别用于测量不同搁浅状态时，搁浅面板四个角落处收到的不同压力。
进一步优选地，所述横向移动机构这种在所述升降机构下方，包括滑轨和滑轮，所述滑轨横向进行设置，所述滑轮在滑轨上横向移动带动所述搁浅面板横向移动。
进一步优选地，所述滑轮上有刹车固定单元，在滑轮的位置固定后，该刹车固定单元对滑轮进行锁定。
进一步优选地，所述升降机构采用剪叉式的升降机构，其垂向行程根据水深进行调整。
进一步优选地，所述升降结构采用防水防漏的液压油缸驱动。
进一步优选地，所述搁浅面板和升降机构之间设置有顶部支撑架，所述升降机构和横向移动机构之间设置有底部支撑架。
进一步优选地，所述顶部支撑架和底部支撑架的四个角落上均设置有导向单元，用于保证升降机构在垂向升降过程中的垂直度。
按照本发明的另一个方面，提供了一种上述所述的装置获取搁浅姿态的方法，所述搁浅面板上受到的搁浅合力按照下列关系式计算：
FP＝FA+FB+FC+FD
其中，FA、FB、FC、FD为所述搁浅面板四个顶点处的力传感器的读数。
进一步优选地，所述搁浅面板上搁浅合力的坐标按照下列方式计算：
Figure BDA0003142359580000031
Figure BDA0003142359580000032
其中，xP，yP分别是合力所在处的横坐标和纵坐标，A、B、C、D表示四个力的传感器的代号，L为四个力传感器测点组成的矩形的长边长，H为短边长，MA是四个分力在A处的合力矩，MD是四个分力在D处的合力矩。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
1.本发明中为模拟舰船的不同搁浅状态，根据不同的搁浅状态选择不同大小的搁浅面板，若在半搁浅和局部搁浅过程中仍然选择长距搁浅面板，当舰船模型放置在搁浅面板上时，会导致搁浅面板两侧受力不均而倾覆，故需要根据不同的搁浅状态选择不同的搁浅面板，从而可以改变船体受力点的位置，实现不同搁浅状态的模拟；通过模拟不同的搁浅状态获知不同搁浅状态时船体模型的受力状态和姿态，以此得到通过抛载或调整压载实现自救的情况集合，以及通过他船拖曳救援的情况集合，从而为搁浅自救方案的选择提供决策依据；
2.与现有技术相比，本发明的重点在于研究舰船搁浅发生后到舰船浮态恢复正常的过程，并不关注搁浅前到搁浅状态之间船体受力的动态变化，因此，本发明采用了升降机构和横向移动机构分别从高度和横向位置两个方向上调整搁浅面板，高度方向上根据水深调整舰船的高度，进而使其达到搁浅状态，横向方向上，在舰船不移动的情况下调整搁浅面板使其可以移动至舰船的底部，二者配合，使得舰船在位置不变的情况下实现舰船搁浅状态的模拟，并且采用本发明的装置，船可以有倾角，且测得的力是静态的，更加符合船舶搁浅发生后到船舶浮态恢复正常期间受力的变化；
3.本发明者中通过设置导向单元和刹车单元进一步地完善升降机构和横向位移机构的功能，一方面保证升降机构在垂向移动时的垂直度，另一方面保证横向位移机构在横向位置固定后，不再产生二次偏移，减小舰船的位置误差；
4.本发明结构简单，方便且实用，可根据不同需求更改和定制可更换搁浅面板，利用力传感器位置和面板位置的改变可以实现多距离、多位置的搁浅分力测量；利用牵引索、顶紧液压缸和轨道之间的作用可以实现装置的纵向位置的改变和固定；利用升降机构液压缸的压力表盘和释放锁定旋杆，可以很好的监控液压缸的状态以及升降的稳定性。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的模拟舰船模型搁浅的装置结构示意图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的力传感器设置在搁浅面板下方的结构示意图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的模拟舰船的全搁浅状态示意图；
图4是按照本发明的优选实施例所构建的模拟舰船的半搁浅状态示意图；
图5是按照本发明的优选实施例所构建的模拟舰船的局部搁浅状态示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-搁浅面板，2-力传感器，3-顶部支撑架，4-升降机构，5-底部支撑架，6-轨道，7-垫片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的舰船搁浅模拟装置是利用升降主体和不同的搁浅面板1，顶升船模底部不同位置或不同范围的方式，实现不同搁浅情况的模拟，如图3、4和5所示，是模拟的舰船全搁浅、半搁浅、局部搁浅的状态，力传感器2布置在搁浅面板的下方，升降机构4可以在船模纵向移动，底部设置有压力油缸可固定装置位置，装置的升降和固定均依靠手动液压缸控制。
如图2所示，力传感器2通过螺栓固定在顶部支撑架3上，中间加一垫片7使力传感器测量端悬空。力传感器2与可更换搁浅面板通过六角螺栓固连，以此保证测力为拉力时力传感器可正常读数，可将测得的搁浅分力的信息输出。共设置四个力传感器，呈矩形分布，其存在两种可更换测量位置：一类测位——配合短距搁浅面板工作，二类测位——配合中距和长距搁浅面板工作。
可更换搁浅面板1与力传感器2直接连接，包括短距、中距、长距搁浅面板。其中短距搁浅面板应用于局部搁浅情况，中距搁浅面板应用于半搁浅情况，长距搁浅面板应用于全搁浅情况，还可根据不同的搁浅要求定制面板表面结构：如礁石区、浅滩沙石或船坞支撑架等。
顶部支撑架3为钢制矩形结构，用来连接力传感器与升降机构，四个顶点处设置有导向杆，保证升降过程中无偏移。
升降机构4为可更换制式剪叉式升降机，垂向行程可根据水池深度更改，升降依靠液压缸控制。
底部支撑架5及固定装置与顶部支撑架相似，四个顶点处设置导向管。自带滑轮、导向轮、牵引索及液压缸控固定装置，用来连接升降机构与底部轨道。
底部的轨道6为钢制矩形结构，纵向水平度高，用以支撑上部结构并保持运动时的平滑稳定。
液压缸为升降机构4的驱动机构，采用防水防漏的手动液压缸，可适应水下工作环境，其手动控制杆放置在岸上，并带有压力表盘和释放锁定旋杆，可保证升降过程稳定无冲撞。
使用舰船搁浅模拟装置在特定水池中进行搁浅模拟的方法包括以下步骤：
除可更换面板及传感器外，下部其他构件安装完成后不再重复拆装。在实验开始前明确需要模拟的搁浅状态，选择使用的搁浅面板，将面板、传感器与下部其他构件安装好后，结构整体直接吊装到特定水池中，此时搁浅模拟装置处于最低点，船模下水后，根据要模拟的搁浅状态，纵向移动底部支撑架调整面板位置，到达指定位置后，手动控制滑轮上的刹车固定单元固定底部，搁浅装置纵向整体固定，此时对力传感器进行置零；手动控制升降机构液压缸，此时搁浅平台和顶部支撑架稳定上升，待上升至一定高度，船模发生搁浅时，停止操作。船模姿态稳定后，即可获取力传感器测得的搁浅分力FA、FB、FC、FD信息,然后根据计算公式即可得到搁浅合力FP和合力坐标为(xP，yP)。
FP的计算公式：
FP＝FA+FB+FC+FD
公式中，FA、FB、FC、FD为四个顶点处力传感器的读数。
合力坐标(xP，yP)的计算方法：
以面板形心为坐标原点，分力在A、C、D的力矩为：
对A点：MA＝LFB+BFC+DFD
对C点：MC＝LFD+BFA+DFB
对D点：MD＝LFC+BFB+DFA
则：
Figure BDA0003142359580000071
Figure BDA0003142359580000072
式中，L为四个力传感器测点组成的矩形的长边长，B为短边长，D为斜边长。
在获得上述受力状态和姿态后，可以得到通过抛载或调整压载实现自救的情况集合，以及只能通过他船拖曳救援的情况集合。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟舰船模型搁浅的装置，其特征在于，该装置包括搁浅面板、升降机构和横向移动机构，其中：
所述搁浅面板用于放置舰船模型，所述升降机构用于调整所述搁浅面板的高度，所述横向移动机构用于调整所述搁浅面板横向的位移；
所述搁浅面板包括短距搁浅面板、中距搁浅面板以及长距搁浅面板三种，根据舰船模型模拟的搁浅状态择一选择；当模拟舰船全搁浅状态时，选择长距搁浅面板，舰船模型整体放置在长距搁浅面板上；当模拟舰船板搁浅状态时，选择中距搁浅面板，舰船模型的一半放置在所述中距搁浅面板上；当模拟局部搁浅状态时，选择短距搁浅面板，舰船模型局部放置在所述短距搁浅面板上；
所述搁浅面板的底面四个角落对称分别设置有压力传感器，分别用于测量不同搁浅状态时，搁浅面板四个角落处收到的不同压力。
2.如权利要求1所述的一种模拟舰船模型搁浅的装置，其特征在于，所述横向移动机构这种在所述升降机构下方，包括滑轨和滑轮，所述滑轨横向进行设置，所述滑轮在滑轨上横向移动带动所述搁浅面板横向移动。
3.如权利要求2所述的一种模拟舰船模型搁浅的装置，其特征在于，所述滑轮上有刹车固定单元，在滑轮的位置固定后，该刹车固定单元对滑轮进行锁定。
4.如权利要求1所述的一种模拟舰船模型搁浅的装置，其特征在于，所述升降机构采用剪叉式的升降机构，其垂向行程根据水深进行调整。
5.如权利要求4所述的一种模拟舰船模型搁浅的装置，其特征在于，所述升降机构采用防水防漏的液压油缸驱动。
6.如权利要求1所述的一种模拟舰船模型搁浅的装置，其特征在于，所述搁浅面板和升降机构之间设置有顶部支撑架，所述升降机构和横向移动机构之间设置有底部支撑架。
7.如权利要求6所述的一种模拟舰船模型搁浅的装置，其特征在于：所述顶部支撑架和底部支撑架的四个角落上均设置有导向单元，用于保证升降机构在垂向升降过程中的垂直度。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的装置获取搁浅姿态的方法，其特征在于，所述搁浅面板上受到的搁浅合力按照下列关系式计算：
FP＝FA+FB+FC+FD
其中，FA、FB、FC、FD为所述搁浅面板四个顶点处的力传感器的读数。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，以面板形心为坐标原点，分力在A、C、D的力矩为：
对A点：MA＝LFB+HFC+KFD
对C点：MC＝LFD+HFA+KFB
对D点：MD＝LFC+HFB+KFA
所述搁浅面板上搁浅合力的坐标按照下列方式计算：
Figure FDA0003661961040000021
Figure FDA0003661961040000022
其中，xP，yP分别是合力所在处的横坐标和纵坐标，A、B、C、D表示四个力的传感器的代号，L为四个力传感器测点组成的矩形的长边长，H为短边长，K为斜边长；MA是四个分力在A处的合力矩，MD是四个分力在D处的合力矩。
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