CN114252233A - 一种空泡水筒试验用送冰装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，包括空泡水筒，空泡水筒的上表面架设一封水板，船模吊挂在封水板下方，送冰装置设置在船体后方，送冰装置包括用于调整送冰位置的三维移动装置，三维移动装置末端安装模型冰，所述船模尾轴上安装有螺旋桨，所述螺旋桨通过船体内的螺旋桨电机驱动。本装置具有模块化程度高、安装方便、易调试、功能齐全、水密、精度高、运行稳定等优点，能够有效的实现空泡水筒中冰水桨船作用试验，提高了试验的稳定性和精度。

Description

一种空泡水筒试验用送冰装置

技术领域

本申请涉及一种空泡水筒试验用送冰装置，属于船舶制造技术领域。

背景技术

船舶在极地环境航行时，裸露在外部的船体、推进装置都会受到碎冰、层冰或浮冰的撞击作用，从而对船体和推进装置的强度提出了很高的要求。尤其是推进装置，作为船舶的动力装置，一旦出现强度问题，会造成不可挽回的损失。而确定船舶在极地航行过程中，在不同冰块形态下，螺旋桨受到的冰载荷以及螺旋桨对船底板的脉动压力是确定螺旋桨强度的前提。极地船在碎冰航道、层冰或浮冰环境以及尾部破冰航行时，冰桨之间的相互作用往往有很大的随机性，在冰-水-桨作用过程中，极易在螺旋桨上产生冰载荷、脉动载荷以及轴向激振力，引起螺旋桨尾振、结构损坏、噪音及剥蚀等问题。

考虑到碎冰和浮冰存在对螺旋桨周围流场的干扰问题以及冰桨的碰撞和切削问题，必须要在空泡水筒减压试验状态下，依据冰水桨船作用相似律，进行阻塞、切削等状态下冰-水-桨-船相互作用模型试验，测试得到螺旋桨水动力载荷、轴承力和脉动压力的变化，以确定冰载荷以及与实船工况相似的船底脉动压力。

目前已有的冰桨试验一般不考虑船体的影响，在空气中进行冰桨台架试验，这种试验方法仅能试验研究冰桨在空气中的相互作用，无法模拟实船在航行过程中，冰桨实际作用，在空气中试验，非减压状态下，无法实现船舶在冰区航行时船底板受到螺旋桨的脉动压力。

因此，深入研究冰区航行船舶螺旋桨的试验方法，从而在螺旋桨计阶段获得水动力、空泡、振动和强度等多种性能参数与指标，具有非常重要的意义。在空泡水筒的冰水桨船试验过程中，模型冰推送装置是冰区船舶推进器试验研究的重要组成部分，要能够实现不同方向的冰块推送方向、速度调节，同时要能够避开船体，防止冰块受到船体影响无法推送到所需要的冰桨作用区域，同时在空泡水筒的充满水的环境中，还需要保证推送装置具有水密特性。因此，空泡水筒用的送冰装置对试验的成功与否起着至关重要的作用，需要设计一种满足空泡水筒冰水桨船试验用的送冰装置。

发明内容

本申请要解决的技术问题是如何有效模拟冰-水-桨-船相互作用试验，获得。水动力、空泡、振动和强度等多种性能参数与指标。

为了解决上述技术问题，本申请的技术方案是提供了一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，包括空泡水筒，所述空泡水筒限界出一密闭空间用于加压或减压；空泡水筒的上表面架设一封水板，船模吊挂在封水板下方，送冰装置设置在船体后方，送冰装置包括用于调整送冰位置的三维移动装置，三维移动装置末端安装模型冰，所述船模尾轴上安装有螺旋桨，所述螺旋桨通过船体内的螺旋桨电机驱动。

优选的，所述空泡水筒试验用送冰装置试验过程为：根据实船航行工况，根据相似规律，换算出模型试验所需的水速、螺旋桨转速、空泡水筒压力加压或减压、模型冰推送速度，运行空泡水筒，对应不同的试验工况，通过三维移动装置调节模型冰推送位置，开展冰块位于桨前方、船体两侧或底部等不同位置的阻塞试验，研究空泡数与实船相等的阻塞工况下，螺旋桨水动力载荷、轴承力和船底板处的受到的脉动压力。

优选的，所述空泡水筒试验用送冰装置用于船模的冰桨切削试验：通过三维移动装置调节模型冰推送位置、并调整模型冰推送速度，在带有船模的空泡水筒中，将模型冰推避开船体的影响推送到所设计的目标区域，进行冰水桨船试验中桨叶梢部12点钟方向、导边3点钟方向、随边9点钟方向不同位置与模型冰的接触作用切削、碰撞试验。

优选的，所述三维移动装置包括沿船长方向的纵向导轨，纵向导轨固定于封水板下方，纵向导轨滑动设有U型架，U型架的移动由第一电机驱动；U型架内部设有垂向导轨和横向导轨，垂向导轨为一对、设置在相对两侧，横向导轨吊挂在固模架上，固模架两端分布安装在两侧的垂向导轨中，横向导轨的移动由第二电机驱动，横向导轨滑动设有模型冰固定装置，模型冰固定装置在横向导轨中的移动由第三电机驱动，模型冰固定装置用于安装模型冰。

优选的，所述模型冰固定装置为一个凹槽型构件，构件内设有夹紧器用于调节夹持的大小和形状。更进一步的，所述模型冰固定装置和模型冰为可更换部件，以实现不同模型冰样式的性能研究。

优选的，与所述第一电机、第二电机、第三电机对应的导轨中对应设有第一线性模块、第二线性模块、第三线性模块，第一电机、第二电机、第三电机构成送冰装置电机组，所述送冰装置电机组设于船模内部，所有电机通过控制连接线与各个导轨上的线性模块连接。更进一步的，所述送冰装置电机组设有自动运动模式和手动控制模式，自动运动模式下模型冰以设定好的移动速度在沿固定移动轨迹移动；手动模式下在轨道范围内任意调整移动轨迹，并随时调节移动速度。

优选的，所述空泡水筒为一密闭充满水的空间。

优选的，所述船模通过船模固定架吊挂在封水板下方。

本申请优点在于，在空泡水筒试验中，该装置具有水密功能，能够在加压、减压环境下运行。本装置集成于空泡水筒封水板上，模块化程度高，便于装置安装和检修。该装置能够在三个维度方向上调节模型冰运行的方向、轨迹和推送速度，从而实现在带有船模的空泡水筒中，将模型冰推避开船体的影响推送到所设计的目标区域，实现冰水桨船试验中桨叶梢部(12点钟方向)、导边(3点钟方向)、随边(9点钟方向)等不同位置与模型冰的接触作用(切削、碰撞等)试验。易于调节和更换的模型冰的固定装置可实现不同尺寸的模型冰的固定和夹持，适用于研究不同尺寸、不同材质的模型冰。能够真实地模拟实船在极地航行过程中，层冰、浮冰与螺旋桨的碰撞、切削、全覆盖铣削等作用形式，从而准确地模拟出冰水桨船作用下螺旋桨水动力载荷、轴承力和对船底板脉动压力。具有将模型冰推送至空泡水筒任何空间处的能力，能够便捷地进行系列试验研究不同冰块位置对船体、螺旋桨的阻塞作用影响。本装置具有模块化程度高、安装方便、易调试、功能齐全、水密、精度高、运行稳定等优点，能够有效的实现空泡水筒中冰水桨船作用试验，提高了试验的稳定性和精度。

附图说明

图1为空泡水筒布置示意图；

图2为电机组布置示意图；

图3为空泡水筒试验用送冰装置结构示意图；

图中：1.送冰装置，2.封水板(安装架)，3.船模固定架，4.船模，5.空泡水筒，6.控制连接线，7.螺旋桨电机，8.送冰装置电机组，9.U型架，10.固模架，11.模型冰固定装置，12.纵向导轨，13.垂向导轨，14.横向导轨，15.模型冰。

具体实施方式

为使本申请更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

本实施例提供的是一种空泡水筒试验用送冰装置，用于模拟冰-水-桨-船相互作用试验，主体结构为空泡水筒5，空泡水筒5为一密闭充满水的空间，空泡水筒5的上表面架设一封水板2，船模4通过船模固定架3吊挂在封水板2下方，船模4尾轴上安装有螺旋桨，通过船体内的螺旋桨电机7驱动。

空泡水筒试验用模型冰的送冰装置1设置在船体后方，送冰装置1设有三维移动装置用于调整送冰位置，三维移动装置包括纵向(沿船长方向)的纵向导轨12，纵向导轨12固定于封水板下方，U型架9安装在纵向导轨12上，与纵向导轨12配合实现纵向移动，第一电机用于驱动U型架9移动；U型架9内部安装有垂向导轨13、横向导轨14，垂向导轨13为一对、设置在左右两侧，横向导轨14吊挂在固模架10上，固模架10两端分布安装在两侧的垂向导轨13中，横向导轨14在垂向导轨13中的移动由第二电机驱动，模型冰固定装置11安装在横向导轨14中，模型冰固定装置11在横向导轨14中的移动由第三电机驱动，模型冰固定装置11是一个凹槽型构件，构件内设有夹紧器可调节夹持的大小和形状，用于安装模型冰15。

送冰装置电机组8放置于船模4内部，第一电机、第二电机和第三电机构成送冰装置电机组8，所有电机通过控制连接线6与各个导轨上的线性模块连接，3个运动控制方向都需要一组电机和一组线性模块。控制系统可在轨道范围内设置模型冰以任意速度运动，设置有自动运动模式和手动控制模式两种，自动运动模式下模型冰以设定好的移动速度在沿固定移动轨迹移动；手动模式下可在轨道范围内任意调整移动轨迹，并可随时调节移动速度。

空泡水筒中冰水桨船试验过程如下：

将船模、螺旋桨以及传感器安装于空泡水筒中，安装此空泡水筒试验用送冰装置，封闭空泡水筒盖板，进行充水、除气。根据实船航行工况，根据相似规律，换算出模型试验所需的水速、螺旋桨转速、空泡水筒压力(加压或减压)、模型冰推送速度，运行空泡水筒，对应不同的试验工况，通过送冰装置电机组控制装置调节模型冰推送位置，开展冰块位于桨前方、船体两侧或底部等不同位置的阻塞试验，研究空泡数与实船相等的阻塞工况下，螺旋桨水动力载荷、轴承力和船底板处的受到的脉动压力。

开展空泡水筒中带船模的冰桨切削试验，通过送冰装置电机组控制装置调节模型冰推送位置和推送速度，实现在带有船模的空泡水筒中，将模型冰推避开船体的影响推送到所设计的目标区域，实现冰水桨船试验中桨叶梢部12点钟方向、导边3点钟方向、随边9点钟方向等不同位置与模型冰的接触作用切削、碰撞等试验。

试验过程中，可更换模型冰固定装置11和模型冰15的规格，以实现不同模型冰样式的性能研究。

与现有技术相比，本申请的送冰装置适用于空泡水筒中，在空泡水筒试验中，该装置具有水密功能，能够在加压、减压环境下运行。本装置集成于空泡水筒封水板上，模块化程度高，便于装置安装和检修。该装置能够在三个维度方向上调节模型冰运行的方向、轨迹和推送速度，从而实现在带有船模的空泡水筒中，将模型冰推避开船体的影响推送到所设计的目标区域，实现冰水桨船试验中桨叶梢部(12点钟方向)、导边(3点钟方向)、随边(9点钟方向)等不同位置与模型冰的接触作用(切削、碰撞等)试验。易于调节和更换的模型冰的固定装置可实现不同尺寸的模型冰的固定和夹持，适用于研究不同尺寸、不同材质的模型冰。能够真实地模拟实船在极地航行过程中，层冰、浮冰与螺旋桨的碰撞、切削、全覆盖铣削等作用形式，从而准确地模拟出冰水桨船作用下螺旋桨水动力载荷、轴承力和对船底板脉动压力。具有将模型冰推送至空泡水筒任何空间处的能力，能够便捷地进行系列试验研究不同冰块位置对船体、螺旋桨的阻塞作用影响。本装置具有模块化程度高、安装方便、易调试、功能齐全、水密、精度高、运行稳定等优点，能够有效的实现空泡水筒中冰水桨船作用试验，提高了试验的稳定性和精度。

Claims (9)

1.一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，包括空泡水筒，所述空泡水筒限界出一密闭空间用于加压或减压；空泡水筒的上表面架设一封水板，船模吊挂在封水板下方，送冰装置设置在船体后方，送冰装置包括用于调整送冰位置的三维移动装置，三维移动装置末端安装模型冰，所述船模尾轴上安装有螺旋桨，所述螺旋桨通过船体内的螺旋桨电机驱动。

2.根据权利要求1所述的一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，所述空泡水筒试验用送冰装置试验过程为：根据实船航行工况，根据相似规律，换算出模型试验所需的水速、螺旋桨转速、空泡水筒压力、模型冰推送速度，运行空泡水筒，对应不同的试验工况，通过三维移动装置调节模型冰推送位置，开展冰块位于桨前方、船体两侧或底部不同位置的阻塞试验，研究空泡数与实船相等的阻塞工况下，螺旋桨水动力载荷、轴承力和船底板处的受到的脉动压力。

3.根据权利要求1所述的一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，所述空泡水筒试验用送冰装置用于船模的冰桨切削试验：通过三维移动装置调节模型冰推送位置、并调整模型冰推送速度，在带有船模的空泡水筒中，将模型冰推避开船体的影响推送到所设计的目标区域，进行冰水桨船试验中桨叶梢部12点钟方向、导边3点钟方向、随边9点钟方向不同位置与模型冰的接触作用切削、碰撞试验。

4.根据权利要求1所述的一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，所述三维移动装置包括沿船长方向的纵向导轨，纵向导轨固定于封水板下方，纵向导轨滑动设有U型架，U型架的移动由第一电机驱动；U型架内部设有垂向导轨和横向导轨，垂向导轨为一对、设置在相对两侧，横向导轨吊挂在固模架上，固模架两端分布安装在两侧的垂向导轨中，横向导轨的移动由第二电机驱动，横向导轨滑动设有模型冰固定装置，模型冰固定装置在横向导轨中的移动由第三电机驱动，模型冰固定装置用于安装模型冰。

5.根据权利要求4所述的一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，所述模型冰固定装置为一个凹槽型构件，构件内设有夹紧器用于调节夹持的大小和形状。

6.根据权利要求5所述的一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，所述模型冰固定装置和模型冰为可更换部件，以实现不同模型冰样式的性能研究。

7.根据权利要求4所述的一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，与所述第一电机、第二电机、第三电机对应的导轨中对应设有第一线性模块、第二线性模块、第三线性模块，第一电机、第二电机、第三电机构成送冰装置电机组，所述送冰装置电机组设于船模内部，所有电机通过控制连接线与各个导轨上的线性模块连接。

8.根据权利要求7所述的一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，所述送冰装置电机组设有自动运动模式和手动控制模式，自动运动模式下模型冰以设定好的移动速度在沿固定移动轨迹移动；手动模式下在轨道范围内任意调整移动轨迹，并随时调节移动速度。

9.根据权利要求1所述的一种空泡水筒试验用送冰装置，其特征在于，所述船模通过船模固定架吊挂在封水板下方。

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