CN203658012U - 斜浪中阻力增加测量装置 - Google Patents
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Abstract
斜浪中阻力增加测量装置，包括带有对称立柱的支架，水平轴贯穿并支撑在两个立柱上，且水平轴一端向外延伸，两个立柱之间的水平轴的中心处设有可上下滑动的升降杆，升降杆上连接有垂荡运动的测量机构，升降杆下端装有测阻传感器，测阻传感器下方通过十字联轴节一连接有横摇和纵摇运动的测量机构；水平轴向外侧延伸的轴段上连接有可上下滑动的导航杆，导航杆下端连接有十字联轴节二，两个十字联轴节一分别通过活动连接底座固定支撑在连接板上，连接板与船模固接；升降杆两侧对称设有钢丝绳，钢丝绳一端连接立柱，另一端连接在升降杆与水平轴连接的支撑座处。本实用新型能够实现船模在斜浪中阻力增加和运动测量，测量可靠，且结构简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及水动力性能测试技术领域，具体涉及船模在波浪中的阻力增加、升沉位移、纵摇、横摇姿态变化等水动力性能试验的测量装置，尤其涉及能够同时测量船模在斜浪中的阻力增加及耐波性能的装置。
背景技术
船模在波浪中的的水动力性能测量是水面运输工具结构和性能研究的重要内容之一，水动力性能的测量试验中，最典型的方式是水池模型试验，其中船模在波浪中的阻力增加性能试验、船模耐波性试验较为常见。船模在波浪中的阻力增加试验是为了获得船模在不同航速波浪中的阻力增加传递函数，预报实船在不同海况中波浪阻力增加平均值及失速值，船模耐波性试验是为了获得船模在静水、规则波和不规则波中的横摇、纵摇、垂荡运动的频率响应函数，据此预报实船的运动响应情况。现有技术中，也有直接在拖曳水池中进行的船模耐波性能试验中的升沉杆上安装阻力测量装置，由此能够同时测量船模在波浪中的阻力和耐波性能。现有的在拖曳水池中进行的船模耐波性能试验主要是利用可升降的竖杆，将竖杆的升沉变化转变为竖杆上下两端的拉线的垂向运动，并进而带动一从动轮转动，由此带动线位移传感器转轴转动，线位移传感器的感应值发生变化，纵摇及横摇姿态的变化是通过竖杆下端连接的扇齿轮带动角位移传感器转轴上的圆柱齿轮转动，从而使相应角位移传感器的角度感应发生变化，由此实现垂荡、横摇、纵摇运动的测量，这种在拖曳水池中进行的船模耐波性能试验装置仍然存在以下缺陷：第一，采用升沉杆单杆拖曳船模，在斜浪中，无法确保船模的航向，而且船舶在斜浪中航行时,其横摇运动同时承受外激励和参数激励,在这种参强激励作用下,也可能导致船舶大幅横摇甚至倾覆，目前大多数拖曳水池不具备完成斜浪中船模阻力增加测量的能力，大多拖曳水池只能进行迎浪或顺浪两种航向的船模耐波性试验；第二，纵摇及横摇运动的测量均是将其转换为相应角位移传感器角度感应来实现，但是使相应角位移传感器的转轴转动的传动中，需要先带动扇齿轮转动，再由扇齿轮带动圆齿轮转动，然后由圆齿轮带动角位移传感器转轴转动，其中间环节较多，且齿轮传动存在的齿隙误差均会影响整个装置的测量精度；第三，竖杆的升降采用滚轮导向的结构，滚动轮导向结构复杂，且导向的精度较差；第四，船模的纵荡运动完全由水池中的波浪决定，不能对船模的纵荡运动范围进行调节。
实用新型内容
本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种斜浪中阻力增加测量装置，其能够实现船模在斜浪中的多种水动力性能的测量，测量可靠，且结构简单。
本实用新型的技术方案如下：
斜浪中阻力增加测量装置，包括两侧带有对称立柱的支架，水平轴贯穿并支撑在两个立柱上，且水平轴的一端沿一侧立柱的外侧向外延伸，位于两个立柱之间的水平轴的轴段的中心位置处套设有支撑座一，升降杆贯穿支撑座一并与支撑座一滑动连接，升降杆上连接有船模垂荡运动的测量机构，升降杆的下端装有测阻传感器，测阻传感器下方通过十字联轴节一连接有船模横摇和纵摇运动的测量机构；水平轴向一侧立柱外侧延伸的轴段上套设有支撑座二，导航杆贯穿支撑座二并与支撑座二滑动连接，导航杆的下端连接有十字联轴节二，十字联轴节一及十字联轴节二分别通过一个活动连接底座固定支撑在船模连接板上，船模连接板与船模固定连接；钢丝绳一端固定在立柱上端，钢丝绳的另一端连接预紧弹簧后绕过定滑轮，并与支撑座一连接，定滑轮设在立柱的下端，两个立柱上对称设有钢丝绳。
其进一步技术方案为：
所述船模垂荡运动的测量机构包括固接在升降杆上的竖向齿条，齿条与齿轮啮合，齿轮的安装轴与垂荡编码器的伸出轴传动连接，齿轮的安装轴通过轴承支撑在支撑座一上，垂荡编码器通过垂荡支座装在支撑座一上；所述船模纵摇运动的测量机构包括纵摇编码器，纵摇编码器通过纵摇支座装在活动连接底座的活动耳板上，纵摇编码器的伸出轴与纵轴传动连接，纵轴另一端依次穿过活动耳板、框架座后与十字联轴节一的纵向安装孔连接，纵轴通过轴承装在活动耳板上；所述船模横摇运动的测量机构包括横摇编码器，横摇编码器通过横摇支座装在框架座上，横摇编码器的伸出轴与横轴传动连接，横轴另一端穿过框架座后与十字联轴节一的横向安装孔连接，横轴通过轴承装在框架座上。
所述升降杆的外部套装有直线轴承一，导航杆的外部套装有直线轴承二，直线轴承一及直线轴承二分别固定支撑在支撑座一、支撑座二上。
所述预紧弹簧上连接有拉力传感器。
所述水平轴向一侧立柱外侧延伸的轴段上设有防撞垫，防撞垫与立柱连接。
本实用新型的技术效果：
本实用新型通过船模重心处的升降杆以及船模艏部的导航杆的双杆的结构拖曳和控制船模运动方向，船模无论是在顶浪还是斜浪中，能够确保船模的航向与拖曳水池拖车的前进方向一致；通过升降杆及导航杆下端的十字联轴节以及十字联轴节上的纵摇、横摇测量机构的设置，能够实现船模在水池中的纵摇和横摇运动，而且能够对船模的纵摇和横摇运动进行测量；通过升降杆、导航杆与水平轴的滑动连接并且可以上、下移动的结构设置，能够实现船模在水池中的垂荡和纵荡运动，通过升降杆上垂荡运动的测量机构的设置，能够实现船模垂荡运动的测量；通过直线轴承对升降杆的升沉运动进行导向，相对于传动的滚动轮的导向方式，减小了直线运动的摩擦阻力，并且导向精度高；通过在升降杆两侧设置钢丝绳和弹簧，能够减缓运动冲击，而且还能够对船模的纵荡运动范围进行调节，提高了测量的精度和稳定性，进一步地，在预紧弹簧上设置了拉力传感器，能够实现船模在静水和波浪中阻力增加的测量。本实用新型所述的测量装置不仅能够用于顶浪中的船模阻力增加及耐波性能测量，而且能够用于斜浪中的船模阻力增加及耐波性能测量，测量可靠，且结构简单。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图，图中双点划线表示船模。
图2为图1中A-A剖视图。
图3为图1中B-B剖视图。
图4为图1中C-C向视图。
其中：1、支架；101、立柱；2、水平轴；3、支撑座一；4、升降杆；5、测阻传感器；6、十字联轴节一；7、支撑座二；8、导航杆；9、十字联轴节二；10、活动连接底座；11、船模连接板；12、船模；13、钢丝绳；14、预紧弹簧；15、定滑轮；16、齿条；17、齿轮；18、垂荡编码器；19、垂荡支座；20、纵摇编码器；21、纵摇支座；22、纵轴；23、框架座；24、横摇编码器；25、横摇支座；26、横轴；27、直线轴承一；28、直线轴承二；29、拉力传感器；30、防撞垫；31、联轴器一；32、联轴器二；33、联轴器三；34、端盖螺母；35、活动耳板；36、底板；37、吊钩一；38、吊钩二；39、安装座；40、压板。
具体实施方式
下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
见图1，本实用新型包括两侧带有对称立柱101的支架1，水平轴2贯穿并支撑在两个立柱101上，且水平轴2的一端沿一侧立柱101的外侧向外延伸，位于两个立柱101之间的水平轴2的轴段的中心位置处套设有支撑座一3，升降杆4贯穿支撑座一3并与支撑座一3滑动连接，升降杆4上连接有船模垂荡运动的测量机构，升降杆4的下端装有测阻传感器5，测阻传感器5下方通过十字联轴节一6连接有船模横摇和纵摇运动的测量机构；水平轴2向一侧立柱101外侧延伸的轴段上套设有支撑座二7，导航杆8贯穿支撑座二7并与支撑座二7滑动连接，导航杆8的下端连接有十字联轴节二9，十字联轴节一6及十字联轴节二9分别通过一个活动连接底座10固定支撑在船模连接板11上，船模连接板11与船模12固定连接，导航杆8外侧的水平轴2的轴端固接有端盖螺母34，用于对导航杆8在水平轴2上的移动范围的控制；钢丝绳13一端固定在立柱101上端的吊钩一37上，钢丝绳13的另一端连接预紧弹簧14后绕过定滑轮15，并与支撑座一3上的吊钩二38连接，定滑轮15设在立柱101的下端，两个立柱101上对称设有钢丝绳13。为了提高支撑座一3及支撑座二7沿水平轴2移动的导向精度，整个测量装置至少设置两根水平轴2，当设置两根水平轴2时，升降杆4及导航杆8优选设于两根水平轴2之间。
具体地，见图1、图2、图3，所述船模垂荡运动的测量机构包括固接在升降杆4上的竖向齿条16，竖向齿条16的上、下两端均通过安装座39固定连接在升降杆4上，并用压板40将齿条16锁紧在升降杆4上，齿条16与齿轮17啮合，齿轮17的安装轴与垂荡编码器18的伸出轴通过联轴器一31传动连接，齿轮17的安装轴通过轴承支撑在支撑座一3上，垂荡编码器18通过垂荡支座19装在支撑座一3上；见图1、图2、图4，所述船模纵摇运动的测量机构包括纵摇编码器20，纵摇编码器20通过纵摇支座21装在活动连接底座10的活动耳板35上，活动连接底座10包括两个竖向的活动耳板35以及支撑并将两个活动耳板35连为一体的底板36，纵摇编码器20的伸出轴与纵轴22通过联轴器二32传动连接，纵轴22另一端依次穿过活动耳板35、框架座23后与十字联轴节一6的纵向安装孔连接，纵轴22通过轴承装在活动耳板35上；见图1、图2、图4，所述船模横摇运动的测量机构包括横摇编码器24，横摇编码器24通过横摇支座25装在框架座23上，横摇编码器24的伸出轴与横轴26通过联轴器三33传动连接，横轴26另一端穿过框架座23后与十字联轴节一6的横向安装孔连接，横轴26通过轴承装在框架座23上。
进一步地，为了提高对升降杆升沉运动的导向精度，所述升降杆4的外部套装有直线轴承一27，导航杆8的外部套装有直线轴承二28，直线轴承一27及直线轴承二28分别固定支撑在支撑座一3、支撑座二7上；为了减小传动误差，联轴器一31、联轴器二32及联轴器三33均采用无间隙弹性联轴节；为了防止导航杆8在波浪作用下冲击支架1，在所述水平轴2向一侧立柱101外侧延伸的轴段上设有防撞垫30，防撞垫30与立柱101连接。
更进一步地，所述预紧弹簧14上连接有拉力传感器29，能够实现船模12在静水和波浪中的阻力增加测量。
本实用新型的运行方式如下：
测量前，将升降杆4安装在船模12重心处，将导航杆8安装在船模12的艏部，且升降杆4与导航杆8安装在同一高度水平面上，采用双杆结构，能够确保船模12无论是在顶浪还是斜浪中的航向与拖曳水池拖车的前进方向一致。试验开始后，船模12在拖曳小车的驱动下由升降杆4和导航杆8组成的双杆拖曳航行，通过安装在升降杆4下端的测阻传感器5测定船模在该行进速度下的航行阻力，由此测出此时的阻力增加，通过行进速度的改变，可以测定船模12在不同行进速度下的阻力增加；由于升降杆4和导航杆8均能够沿着水平轴2纵向移动并能够上、下移动，因此，能够实现船模12在水池中的垂荡和纵荡运动，由于升降杆4和导航杆8的下端均安装有十字联轴节，因此，能够实现船模12在水池中的横摇和纵摇运动。
在运动过程中，当船模12发生升沉变化时，船模12带动升降杆4上、下移动，升降杆4上固接的竖向齿条16垂向运动，继而带动与之啮合的齿轮17转动，在联轴器一31的传递作用下，垂荡编码器18的伸出轴转动，由相应的数据采集与分析处理控制系统，采集垂荡编码器18的输出信号，从而测得船模12的升沉位移；当船模12发生纵摇时，在十字联轴节一6的作用下，纵轴22转动，在联轴器二32的传递作用下，纵摇编码器20的伸出轴转动，由数据采集与分析处理控制系统采集纵摇编码器20的输出信号，从而测得被测模型的纵摇位移；当船模12发生横摇时，在十字联轴节一6的作用下，横轴26转动，在联轴器三33的传递作用下，横摇编码器24的伸出轴转动，由数据采集与分析处理控制系统采集横摇编码器24的输出信号，从而测得被测模型的横摇位移。
另外，由于本实用新型所述的测量装置在升降杆4两侧设置的钢丝绳13和预紧弹簧14，能够减缓运动冲击，而且还能够对船模的纵荡运动范围进行调节，提高了测量的精度和稳定性，进一步地，在预紧弹簧14上设置了拉力传感器29，能够实现船模在和波浪中的阻力增加中的阻力测量。
以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (5)
1.斜浪中阻力增加测量装置，其特征在于：包括两侧带有对称立柱（101）的支架（1），水平轴（2）贯穿并支撑在两个立柱（101）上，且水平轴（2）的一端沿一侧立柱（101）的外侧向外延伸，位于两个立柱（101）之间的水平轴（2）的轴段的中心位置处套设有支撑座一（3），升降杆（4）贯穿支撑座一（3）并与支撑座一（3）滑动连接，升降杆（4）上连接有船模垂荡运动的测量机构，升降杆（4）的下端装有测阻传感器（5），测阻传感器（5）下方通过十字联轴节一（6）连接有船模横摇和纵摇运动的测量机构；水平轴（2）向一侧立柱（101）外侧延伸的轴段上套设有支撑座二（7），导航杆（8）贯穿支撑座二（7）并与支撑座二（7）滑动连接，导航杆（8）的下端连接有十字联轴节二（9），十字联轴节一（6）及十字联轴节二（9）分别通过一个活动连接底座（10）固定支撑在船模连接板（11）上，船模连接板（11）与船模（12）固定连接；钢丝绳（13）一端固定在立柱（101）上端，钢丝绳（13）的另一端连接预紧弹簧（14）后绕过定滑轮（15），并与支撑座一（3）连接，定滑轮（15）设在立柱（101）的下端，两个立柱（101）上对称设有钢丝绳（13）。
2.按权利要求1所述的斜浪中阻力增加测量装置，其特征在于：所述船模垂荡运动的测量机构包括固接在升降杆（4）上的竖向齿条（16），齿条（16）与齿轮（17）啮合，齿轮（17）的安装轴与垂荡编码器（18）的伸出轴传动连接，齿轮（17）的安装轴通过轴承支撑在支撑座一（3）上，垂荡编码器（18）通过垂荡支座（19）装在支撑座一（3）上；所述船模纵摇运动的测量机构包括纵摇编码器（20），纵摇编码器（20）通过纵摇支座（21）装在活动连接底座（10）的活动耳板（35）上，纵摇编码器（20）的伸出轴与纵轴（22）传动连接，纵轴（22）另一端依次穿过活动耳板（35）、框架座（23）后与十字联轴节一（6）的纵向安装孔连接，纵轴（22）通过轴承装在活动耳板（35）上；所述船模横摇运动的测量机构包括横摇编码器（24），横摇编码器（24）通过横摇支座（25）装在框架座（23）上，横摇编码器（24）的伸出轴与横轴（26）传动连接，横轴（26）另一端穿过框架座（23）后与十字联轴节一（6）的横向安装孔连接，横轴（26）通过轴承装在框架座（23）上。
3.按权利要求1或2所述的斜浪中阻力增加测量装置，其特征在于：所述升降杆（4）的外部套装有直线轴承一（27），导航杆（8）的外部套装有直线轴承二（28），直线轴承一（27）及直线轴承二（28）分别固定支撑在支撑座一（3）、支撑座二（7）上。
4.按权利要求1或2所述的斜浪中阻力增加测量装置，其特征在于：所述预紧弹簧（14）上连接有拉力传感器（29）。
5.按权利要求1或2所述的斜浪中阻力增加测量装置，其特征在于：所述水平轴（2）向一侧立柱（101）外侧延伸的轴段上设有防撞垫（30），防撞垫（30）与立柱（101）连接。
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