CN115452317B - 一种四自由度水动力性能试验测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种四自由度水动力性能试验测试装置，主要包括力传感器、直线导轨、基座、减轻版、垂杆、十字轴、惯性单元。通过十字轴和惯性单元可以精确测量结构物的横摇，通过十字轴固定块可以锁定横摇自由度。通过垂杆、十字杆和惯性单元精准测量结构物的纵摇，通过垂杆固定座锁定这一自由度。通过水平导轨、固定减轻板和惯性单元可以精确测量结构物的纵荡，通过纵荡固定块锁定纵荡这一自由度。通过升沉导轨、固定减轻板和惯性单元可以精确测量结构物的垂荡，通过升沉固定块锁定垂荡这一自由度。本发明结构紧凑，易于加工制造和使用安装，应用于循环水槽或拖曳水池的海洋结构物水动力性能测量实验中，测量结构物的各微小惯性量和阻尼。
Description
技术领域
本发明属于检测仪器领域，具体涉及一种四自由度水动力性能试验测试装置。
背景技术
经过近几十年的快速发展，我国船舶行业已逐步进入高性能船舶时代，提高海洋结构物的水动力性能是海洋结构物相关研究领域中的重要研究问题之一。横摇、纵摇、垂荡和纵荡四项性能作为海洋结构物水动力性能的重要指标，能够准确地测量这些性能成为验证各项研究内容的核心诉求。在海洋结构物的水池拖曳试验过程中，船舶模型受到不同方向的外载荷，在水中产生摇摆和振荡。该摇摆与振荡需要在不额外增加任何力和阻尼的情况下准确的进行测量，而传统的该类试验测量装置体积庞大，结构复杂，安装过程比较繁琐。因此为了达到优化试验装置结构，简化安装过程的同时保证水动力性能的测量精度，本专利发明了适用于循环水槽或拖曳水池的四自由度海洋结构物水动力试验测试装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四自由度水动力性能试验测试装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：
一种四自由度水动力性能试验测试装置，包括基座、水平导轨、力传感器固定块、力传感器A、固定减轻板、升沉固定块、垂杆、升沉导轨、垂杆轴承座、垂杆固定座、十字轴、铰支轴座、十字轴固定块、力传感器B、底座、惯性单元；
通过基座将测试装置固定在循环水槽的壁面上，水平导轨通过螺栓B固定在基座上，固定减轻板与水平导轨通过滑道连接。固定减轻板一侧与力传感器A通过螺栓相连，并通过螺栓A将力传感器A的另一侧固定在力传感器固定块上；升沉固定块通过螺栓C固定在固定减轻板纵垂边一侧，固定减轻板与升沉导轨通过滑道连接，升沉导轨与垂杆通过螺栓相对固定，并通过螺栓D将垂杆固定在升沉固定块的纵向槽中；垂杆末端两侧与垂杆轴承座通过螺栓E连接，并将十字轴通过转动轴承装配在垂杆轴承座末端固定孔内，并在十字轴与垂杆连接处通过螺栓装配垂杆固定座；铰支轴座通过转动轴承安装在十字轴两侧，并在铰支轴座两端通过固定螺栓连接十字轴固定块，铰支轴座与十字轴固定块分别通过固定螺栓固定在底座上；在底座上方通过螺栓G安装惯性单元，在下方使用螺栓F安装力传感器B，力传感器B与待测结构通过固定螺栓连接。
本发明还可以包括：
1.所述纵向力传感器A测量沿来流方向，升沉或横向力传感器B测量垂直于来流方向。
2.所述升沉导轨与固定减轻板为相对垂向移动。
3.所述固定减轻板与水平导轨为相对纵向移动
本发明的有益效果在于：
本发明为一种循环水槽或拖曳水池的四自由度海洋结构物水动力试验测试装置，能够在精确测量结构物多维力的同时测量其纵荡、垂荡、横摇和纵摇的水动力性能，并可自由锁定或开放纵荡、垂荡、横摇和纵摇这四自由度。试验装置本体结构简单，体积小巧，安装方便。
附图说明
图1为本发明四自由度水动力性能试验测试装置的示意图；
图2为本发明四自由度水动力性能试验测试装置正视图；
图3为本发明四自由度水动力性能试验测试装置侧视图；
图4为本发明四自由度水动力性能试验测试装置仰视视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
参照图1、2、3、4，通过基座1将测试装置固定在循环水槽的壁面上(或拖曳水池的拖车上)，水平导轨2通过螺栓B 6固定在基座1上，固定减轻板7与水平导轨2通过滑道连接。固定减轻板7一侧与力传感器A 5通过螺栓相连，并通过螺栓A 4将力传感器A 5的另一侧固定在力传感器固定块3上；升沉固定块9通过螺栓C 8固定在固定减轻板7纵垂边一侧，固定减轻板7与升沉导轨12通过滑道连接，升沉导轨12与垂杆11通过螺栓相对固定，并通过螺栓D10将垂杆11固定在升沉固定块9的纵向槽中；垂杆11末端两侧与垂杆轴承座13通过螺栓E14连接，并将十字轴16通过转动轴承装配在垂杆轴承座13末端固定孔内，并在十字轴16与垂杆11连接处通过螺栓装配垂杆固定座15；铰支轴座17通过转动轴承安装在十字轴16两侧，并在铰支轴座17两端通过固定螺栓连接十字轴固定块18，铰支轴座17与十字轴固定块18分别通过固定螺栓固定在底座21上；在底座21上方通过螺栓G 23安装惯性单元22，在下方使用螺栓F 20安装力传感器B19，力传感器B19与待测结构通过固定螺栓连接。
所述，沿来流方向的纵向力传感器A 5和测量垂直于来流方向的升沉或横向力传感器B19，能够精确测量结构物阻力和升力的时历曲线，对结构物的水动力性能进行分析。
所述，通过十字轴16的转动可实现结构物模型的横摇，通过十字轴16围绕垂杆11的旋转实现结构物的纵摇。
所述，通过固定减轻板7与水平导轨2的相对纵向移动实现结构物的纵向移动。
所述，通过升沉导轨12与固定减轻板7的相对垂向移动实现结构物的垂向移动，同时通过惯性单元22同时测量结构物的横摇、纵摇、垂荡和纵荡四项水动力性能。
在实验过程中，将待测结构物通过螺栓固定于底座1上，通过十字轴16围绕自身纵轴的转动实现海洋结构物与底座1的共同横摇转动，并通过惯性单元22精确测量横摇相关性能，同时可以通过是否安装十字轴固定块18选择是否解锁横摇相关的自由度。
通过十字轴16围绕垂杆11的旋转实现结构物和底座1的共同纵摇、使用惯性单元22精准测量纵摇的相关性能，同时通过是否安装垂杆固定座15选择是否解锁纵摇的自由度。
通过固定减轻板7与水平导轨2的相对纵向移动实现结构物的纵移，并通过惯性单元22精确测量结构物的纵荡相关性能，同时通过安装垂杆固定座15选择是否锁定纵荡的自由度。
通过升沉导轨12与固定减轻板7的相对垂向移动实现结构物的垂荡，并通过惯性单元22精确测量结构物的垂荡相关性能，同时通过是否安装升沉固定9块选择是否解锁垂荡的自由度。
通过不同方向的力传感器可以分别精确测量结构物沿垂向和纵向的阻尼特性，以进行一系列对比研究。
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 (4)
1.一种四自由度水动力性能试验测试装置，其特征在于：包括基座(1)、水平导轨(2)、力传感器固定块(3)、力传感器A(5)、固定减轻板(7)、升沉固定块(9)、垂杆(11)、升沉导轨(12)、垂杆轴承座(13)、垂杆固定座(15)、十字轴(16)、铰支轴座(17)、十字轴固定块(18)、力传感器B(19)、底座(21)、惯性单元(22)；
通过基座(1)将测试装置固定在循环水槽的壁面上，水平导轨(2)通过螺栓B(6)固定在基座(1)上，固定减轻板(7)与水平导轨(2)通过滑道连接；固定减轻板(7)一侧与力传感器A(5)通过螺栓相连，并通过螺栓A(4)将力传感器A(5)的另一侧固定在力传感器固定块(3)上；升沉固定块(9)通过螺栓C(8)固定在固定减轻板(7)纵垂边一侧，固定减轻板(7)与升沉导轨(12)通过滑道连接，升沉导轨(12)与垂杆(11)通过螺栓相对固定，并通过螺栓D(10)将垂杆(11)固定在升沉固定块(9)的纵向槽中；垂杆(11)末端两侧与垂杆轴承座(13)通过螺栓E(14)连接，并将十字轴(16)通过转动轴承装配在垂杆轴承座(13)末端固定孔内，并在十字轴(16)与垂杆(11)连接处通过螺栓装配垂杆固定座(15)；铰支轴座(17)通过转动轴承安装在十字轴(16)两侧，并在铰支轴座(17)两端通过固定螺栓连接十字轴固定块(18)，铰支轴座(17)与十字轴固定块(18)分别通过固定螺栓固定在底座(21)上；在底座(21)上方通过螺栓G(23)安装惯性单元(22)，在下方使用螺栓F(20)安装力传感器B(19)，力传感器B(19)与待测结构通过固定螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的一种四自由度水动力性能试验测试装置，其特征在于：所述纵向力传感器A(5)测量沿来流方向，升沉或横向力传感器B(19)测量垂直于来流方向。
3.根据权利要求1所述的一种四自由度水动力性能试验测试装置，其特征在于：所述升沉导轨(12)与固定减轻板(7)为相对垂向移动。
4.根据权利要求1所述的一种四自由度水动力性能试验测试装置，其特征在于：所述固定减轻板(7)与水平导轨(2)为相对纵向移动。
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