RU2113373C1 - Device for towing tests of ship model in model testing basin - Google Patents

Device for towing tests of ship model in model testing basin Download PDF

Info

Publication number
RU2113373C1
RU2113373C1 RU97110895A RU97110895A RU2113373C1 RU 2113373 C1 RU2113373 C1 RU 2113373C1 RU 97110895 A RU97110895 A RU 97110895A RU 97110895 A RU97110895 A RU 97110895A RU 2113373 C1 RU2113373 C1 RU 2113373C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
model
dynamometers
rods
towing
hub
Prior art date
Application number
RU97110895A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97110895A (en
Inventor
О.Н. Беззубик
В.А. Беляшов
Ю.Н. Алексеев
Original Assignee
Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова filed Critical Центральный научно-исследовательский институт им.акад.А.Н.Крылова
Priority to RU97110895A priority Critical patent/RU2113373C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2113373C1 publication Critical patent/RU2113373C1/en
Publication of RU97110895A publication Critical patent/RU97110895A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B71/00Designing vessels; Predicting their performance
    • B63B71/20Designing vessels; Predicting their performance using towing tanks or model basins for designing

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: experimental hydromechanics and designing of equipment for conducting the hydrodynamic and ice tests of ship models in ice model testing basins. SUBSTANCE: device is provided with two additional rods, two dynamometers, force transmitting plate with cylindrical bush and bearing platform with bead and scale mechanism. Main and additional dynamometers form three-support force measuring system. Dynamometers are linked with towing carriage through rods and frame. Cylindrical bush is located coaxially relative to cylindrical hole in bead of bearing platform. Applied on bead is scale mechanism reticule, index being fitted on cylindrical bush. Each dynamometer is provided with sensors showing the longitudinal, transversal and vertical forces and is made in form of two flexible members interconnected in series. First flexible member is made in form of five-rod flexible member with central rod which is mainly square in cross section; other rods are rectangular in section. Second flexible member is made from rim with spokes and hub. Central rod and spokes are provided with resistance strain gauges. Spokes are made integral with rim and hub. Movable flange of first flexible member is rigidly connected with hub. Outputs of sensors of each dynamometer are connected with input of electronic computer. EFFECT: extended range of processes of modelling. 5 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментальной гидродинамике корабля и морских инженерных сооружений и касается оборудования для проведения гидродинамических испытаний моделей в опытовом бассейне. The invention relates to experimental hydrodynamics of a ship and marine engineering structures and relates to equipment for conducting hydrodynamic testing of models in a test pool.

Известно устройство для буксировочных испытаний моделей судов в опытовом бассейне [1], содержащее жестко закрепленную на буксировочной тележке раму, по горизонтальным направляющим которой перемещается каретка, связанная с динамометром и снабженная роликами, в которых находится вертикальная штанга, соединенная с буксируемой в канале бассейна моделью, принятое нами за прототип. A device is known for towing tests of ship models in an experimental pool [1], which contains a frame rigidly mounted on a towing trolley, along the horizontal guides of which a carriage is connected, connected to a dynamometer and equipped with rollers in which there is a vertical rod connected to a model towed in the pool channel, accepted by us for the prototype.

Недостатком известного устройства является ограниченность диапазона моделируемых процессов и воспроизводимых динамометром частот внешних гидродинамических сил, ограниченность компонент силовой нагрузки. Известное устройство не позволяет поэтому проводить испытания судов и морских инженерных сооружений (например, ледостойких буровых платформ) в динамическом режиме разрушения ледового покрова и консолидированных торосистых перемычек. Особые трудности возникают при испытаниях крупногабаритных моделей плохообтекаемых морских сооружений в ледовых условиях, ввиду значительных по величине сил и моментов, действующих на модель, и недостаточной жесткости как самой экспериментальной установки, выполненной как одноопорная конструкция, так и буксируемой модели, связанной с динамометром в ограниченной области крепления штанги. При этом в процессе ломки ледового поля возникают значительные по амплитуде низкочастотные колебания модели относительно опоры крепления буксировочной штанги. Вследствие чего искажаются физические процессы ломки льда и нарушается достоверность измерительной информации. A disadvantage of the known device is the limited range of simulated processes and frequencies of external hydrodynamic forces reproduced by the dynamometer, the limited components of the power load. The known device therefore does not allow testing of ships and offshore engineering structures (for example, ice-resistant drilling platforms) in the dynamic mode of destruction of the ice cover and consolidated hummock lintels. Particular difficulties arise when testing large-sized models of poorly streamlined offshore structures in ice conditions, due to the significant forces and moments acting on the model, and the insufficient rigidity of both the experimental setup itself, made as a single-bearing structure, and the towed model associated with a dynamometer in a limited area bar mounts. At the same time, in the process of breaking the ice field, low-frequency oscillations of a model that are significant in amplitude arise relative to the towbar support. As a result, the physical processes of ice breaking are distorted and the reliability of the measurement information is violated.

Заявленное изобретение решает задачу расширения диапазона моделируемых процессов, частот внешних сил, воспроизводимых динамометром, повышения жесткости устройства и точности измерений в динамическом режиме разрушения ледового поля, особенно при испытаниях крупногабаритных моделей плохообтекаемых морских инженерных сооружений (в том числе ледостойких буровых платформ). The claimed invention solves the problem of expanding the range of simulated processes, frequencies of external forces reproduced by a dynamometer, increasing the rigidity of the device and the accuracy of measurements in the dynamic mode of ice field destruction, especially when testing large-sized models of low-flow marine engineering structures (including ice-resistant drilling platforms).

Для этого устройство дополнительно снабжено двумя штангами, двумя динамометрами, силопередающей плитой с цилиндрической втулкой, опорной платформой с буртиком и шкальным механизмом, причем буксируемая модель через силопередающую плиту, жестко закрепленную на модели, и опорную платформу связана с динамометрами, которые образуют трехопорную соизмерительную систему и через штанги, выполненные с переменной по высоте поперечной жесткостью, и раму связаны с буксировочной тележкой, при этом один из динамометров установлен так, что его продольная ось совпадает с продольной осью трехопорной силоизмерительной системы и с направлением буксировки модели, а два других динамометра расположены по поперечной оси системы симметрично относительно ее продольной оси, цилиндрическая втулка силопередающей плиты размещена коаксиально с цилиндрическим отверстием в буртике опорной платформы с возможностью поворота силоперадающей плиты вместе с моделью относительно вертикальной оси и фиксации модели в заданном угловом положении, на буртике опорной платформы нанесена сетка шкального механизма, а на цилиндрической втулке силопередающей плиты нанесен индекс, причем каждый из динамометров содержит датчики продольной, поперечной и вертикальной сил и выполнен в виде последовательно соединенных между собой двух упругих элементов, один из которых представляет собой пятистержневой упругий элемент с центральным стержнем, оснащенным тензорезисторами, и с четырьмя периферийными стержнями, расположенными между двумя фланцами и выполненными заодно целое с ними, а второй упругий элемент представляет собой обод со спицами и ступицей, при этом спицы оснащены тензорезисторами и выполнены заодно целое с ободом и ступицей, причем подвижный фланец первого упругого элемента жестко соединен со ступицей второго упругого элемента, а его обод соединен с опорной платформой, центральный стержень первого упругого элемента имеет в поперечном сечении форму преимущественно квадрата, а периферийные стержни - форму преимущественно прямоугольников, оси стержней совпадают с направлением продольной и поперечной осей канала опытового бассейна, при этом периферийные стержни, симметрично расположенные относительно центрального стержня, попарно ориентированы наименьшей поперечной жесткостью в направлении оси канала опытового бассейна, по которой они расположены, выход датчиков каждого динамометра соединены с входом электронной вычислительной машины. For this, the device is additionally equipped with two rods, two dynamometers, a power transmitting plate with a cylindrical sleeve, a support platform with a shoulder and a scale mechanism, the towed model through a power transmitting plate rigidly mounted on the model, and the support platform connected to dynamometers, which form a three-support measuring system and through rods made with transverse stiffness varying in height and the frame are connected with a towing trolley, while one of the dynamometers is installed so that it the solid axis coincides with the longitudinal axis of the three-axis force measuring system and with the towing direction of the model, and the other two dynamometers are located symmetrically with respect to its longitudinal axis on the transverse axis of the system, the cylindrical sleeve of the power-transmitting plate is placed coaxially with the cylindrical hole in the shoulder of the supporting platform with the possibility of rotation of the force-operating plate the model relative to the vertical axis and fixing the model in a given angular position, a scale grid is applied to the shoulder of the supporting platform a mechanism, and an index is plotted on the cylindrical sleeve of the power transmitting plate, each of the dynamometers containing sensors of longitudinal, transverse and vertical forces and made in the form of two elastic elements connected in series, one of which is a five-rod elastic element with a central rod equipped with strain gauges, and with four peripheral rods located between two flanges and made integral with them, and the second elastic element is a rim with knitting needles and with a spokes, while the spokes are equipped with strain gauges and integral with the rim and the hub, the movable flange of the first elastic element is rigidly connected to the hub of the second elastic element, and its rim is connected to the supporting platform, the central rod of the first elastic element has a predominantly square cross section and the peripheral rods - the shape of mainly rectangles, the axis of the rods coincide with the direction of the longitudinal and transverse axes of the channel of the experimental pool, while the peripheral rods, metrically located relative to the central rod, are oriented in pairs by the least lateral rigidity in the direction of the channel axis of the experimental pool along which they are located, the output of the sensors of each dynamometer is connected to the input of an electronic computer.

Крепление буксируемой модели непосредственно на динамометрах, подвешенных в свою очередь на жестких штангах, поперечная жесткость которых увеличивается в направлении к месту ее заделки на раме буксировочной тележки, обеспечивает максимально возможную в принятых габаритах конструкции жесткость системы. Этим обеспечивается широкий диапазон частот исследования и повышается точность измерений в динамическом режиме разрушения ледового покрова. Fastening the towed model directly to dynamometers, suspended in turn on rigid rods, the lateral rigidity of which increases towards its place on the frame of the towing carriage, ensures the maximum possible system rigidity in the accepted design dimensions. This provides a wide range of research frequencies and increases the accuracy of measurements in the dynamic mode of ice cover destruction.

Трехопорное устройство с тремя динамометрами позволяет проводить буксировочные испытания крупногабаритных плохообтекаемых моделей морских инженерных сооружений под различными углами буксировки в широком диапазоне моделирования физико-механических и геометрических характеристик ледового поля. Несмотря на то, что динамометры измеряют непосредственно только три составляющие сил (продольную, поперечную, вертикальную), устройство в целом обеспечивает измерение трех составляющих сил и трех моментов в ортогональных плоскостях, действующих на буксируемую модель. Важным обстоятельством является то, что действующие на буксируемую модель под различными углами буксировки значительные по величине изгибающие и скручивающие моменты преобразуются трехопорной системой в соответствующие составляющие сил в точках крепления модели. A three-support device with three dynamometers allows towing tests of large-sized poorly streamlined models of marine engineering structures at various towing angles in a wide range of modeling of the physicomechanical and geometric characteristics of the ice field. Despite the fact that dynamometers directly measure only three components of forces (longitudinal, transverse, vertical), the device as a whole provides measurement of three components of forces and three moments in orthogonal planes acting on the towed model. An important circumstance is that significant bending and torsional moments acting on the towed model at different towing angles are converted by the three-support system into the corresponding force components at the model attachment points.

Благодаря этому динамометры освобождены от действия изгибающих и скручивающего моментов, что повышает точность измерения ими сил. Трехопорная силоизмерительная система в сравнении с одноопорной в значительной мере повышает жесткость системы модель - динамометр - штанга - буксировочная тележка. В виду того, что изгибающие и скручивающий модель моменты преобразуются системой в силы, воспринимаемые динамометрами в трех опорах, практически отсутствуют перемещения модели от этих моментов. Благодаря этому устраняются низкочастотные колебания модели, характерные для одноопорной системы и обусловленные недостаточной жесткостью системы в звене модель - динамометр, повышается достоверность моделирования процесса ломки ледового поля и результатов измерений. Due to this, dynamometers are freed from the action of bending and torsional moments, which increases the accuracy of measuring their forces. The three-support force measuring system in comparison with the one-support system significantly increases the rigidity of the model - dynamometer - rod - towing cart system. In view of the fact that the moments bending and twisting the model are transformed by the system into the forces perceived by dynamometers in three bearings, there are practically no displacements of the model from these moments. This eliminates the low-frequency oscillations of the model, characteristic of a single-support system and caused by insufficient rigidity of the system in the model-dynamometer link, and increases the reliability of modeling the breaking of the ice field and the measurement results.

Предлагаемое устройство является универсальным: испытания малогабаритных и хорошо обтекаемых моделей ( судно, цилиндр, усеченный конус) можно проводить на одной опоре с одним динамометром, испытания моделей, у которых продольный размер значительно превышает поперечный, можно проводить на двух опорах с двумя динамометрами (при этом обе опоры устанавливаются вдоль оси буксировки модели). The proposed device is universal: tests of small-sized and well streamlined models (a vessel, a cylinder, a truncated cone) can be carried out on one support with one dynamometer, tests of models in which the longitudinal size significantly exceeds the transverse can be carried out on two supports with two dynamometers (in this case both supports are installed along the towing axis of the model).

На фиг.1 показана схема устройства, вид сбоку: на фиг.2- сечение устройства по линии А-А; на фиг.3, 4 - конструкция динамометра; на фиг.5 - схема соединений измерительных датчиков с ЭВМ. Figure 1 shows a diagram of the device, side view: figure 2 is a section of the device along the line aa; figure 3, 4 - design of the dynamometer; figure 5 - connection diagram of the measuring sensors with a computer.

Устройство (фиг.1) содержит жестко закрепленную на буксировочной тележке 1 раму 2 со штангами 3, которые связаны через динамометр 4, 5, 6 и опорную платформу 7 с силопередающей плитой 8, закрепленной на модели инженерного сооружения 9, буксируемой в канале опытового бассейна 10, заполненного водой 11. На поверхности воды в канале опытового бассейна наморожено ледовое поле 12. Штанги 3 выполнены с переменной по высоте поперечной жесткостью, которая обеспечивается за счет ребер жесткости 13, выполненных в виде прямоугольной трапеции. The device (Fig. 1) contains a frame 2 rigidly mounted on a towing trolley 1 with rods 3, which are connected through a dynamometer 4, 5, 6 and a supporting platform 7 with a power transmitting plate 8, mounted on a model of an engineering structure 9, towed in the channel of the experimental pool 10 filled with water 11. An ice field 12 is frozen on the surface of the water in the channel of the test basin. The rods 3 are made with transverse stiffness variable in height, which is ensured by stiffeners 13 made in the form of a rectangular trapezoid.

Динамометры выполнены в виде последовательно соединенных упругих элементов 14 и 15 (см. фиг. 3,4). Упругие элементы 14 представляют собой пятистержневые пружины, содержащие центральный стержень 16, четыре периферийных стержня 17 и тензорезисторные преобразователи 18, заключенные между двумя фланцами 19 и 20 и выполненные заодно целое с ними. Упругие элементы 15 представляют собой обод 21 со спицами 22 и ступицей 23. Спицы 22 оснащены тензорезисторами 24 и выполнены заодно целое с ободом 21 и ступицей 23. Подвижные фланцы 20 пятистержневых упругих элементов 14 жестко соединены со ступицей 23 упругих элементов 15 с помощью болтов 25, а ободы 21 также жестко соединены с опорной платформой 7 болтами 26 (см. фиг. 2). Dynamometers are made in the form of series-connected elastic elements 14 and 15 (see Fig. 3.4). The elastic elements 14 are five-rod springs containing a central rod 16, four peripheral rods 17 and strain gauge transducers 18, enclosed between two flanges 19 and 20 and made integral with them. The elastic elements 15 are a rim 21 with knitting needles 22 and a hub 23. The spokes 22 are equipped with strain gauges 24 and are integral with the rim 21 and the hub 23. The movable flanges 20 of the five-core elastic elements 14 are rigidly connected to the hub 23 of the elastic elements 15 using bolts 25, and the rims 21 are also rigidly connected to the supporting platform 7 by bolts 26 (see Fig. 2).

Силопередающая плита 8, неподвижно соединенная с буксируемой модель 9, снабжена цилиндрической втулкой 27, на которой нанесен индекс 28, и двумя рядами отверстий 29 и 30, которые расположены на окружностях, имеющих общий центр с цилиндрической втулкой 27. Опорная платформа 7 снабжена буртиком 31 с цилиндрическим отверстием. На буртике опорной платформы нанесена сетка шкального механизма 32. Цилиндрическая втулка 27 силопередающей плиты 8 размещена коаксиально с цилиндрическим отверстием в буртике 31 опорной платформы 7, обеспечивая возможность поворота силопередающей плиты вместе с моделью относительно вертикальной оси. Опорная платформа 7 снабжена также двумя рядами отверстий 33 и 34, которые расположены на окружностях, имеющих общий центр с буртиком 31. Причем диаметры окружностей, на которых расположены отверстия в силопередающей плите и опорной платформе, и шаг между отверстиями одинаковы. The power transmitting plate 8, fixedly connected to the towed model 9, is provided with a cylindrical sleeve 27, on which the index 28 is applied, and two rows of holes 29 and 30, which are located on circles having a common center with the cylindrical sleeve 27. The supporting platform 7 is provided with a shoulder 31 with cylindrical hole. A mesh of a scale mechanism 32 is applied on the shoulder of the support platform. A cylindrical sleeve 27 of the power transfer plate 8 is placed coaxially with a cylindrical hole in the collar 31 of the support platform 7, allowing the power transmission plate to rotate with the model relative to the vertical axis. The supporting platform 7 is also provided with two rows of holes 33 and 34, which are located on circles having a common center with the shoulder 31. Moreover, the diameters of the circles on which the holes are located in the power transfer plate and the supporting platform, and the pitch between the holes are the same.

Отверстия 29, 33 и 34 выполнены с одинаковым шагом Δ (7,5o), который равен минимальному углу поворота модели при испытаниях. Отверстия 30 выполнены с шагом 2Δ. Таким образом на опорной платформе 7 вблизи крепления каждой опоры расположены по шесть отверстий, (33, 34) по 4-м из них возле каждой опоры (всего в 12 точках) силопередающая плита 8 жестко соединяется с опорной платформой 7 с помощью болтов (на фиг. не показаны) в фиксированном угловом положении модели, отсчет которого осуществляется по шкальному механизму.Holes 29, 33 and 34 are made with the same pitch Δ (7.5 o ), which is equal to the minimum angle of rotation of the model during testing. The holes 30 are made in increments of 2Δ. Thus, six holes are located on the support platform 7 near the fastening of each support, (33, 34), 4 of them near each support (12 points in total), the power transfer plate 8 is rigidly connected to the support platform 7 by means of bolts (in FIG. (not shown) in a fixed angular position of the model, which is counted by the scale mechanism.

Динамометры (см. фиг. 2) ориентированы таким образом, что оси стержней X', Y' пятистержневого упругого элемента совпадают с направлениями продольной X и поперечной Y осей канала опытового бассейна. При этом периферийные стержни 17а (см. фиг. 3, 4), расположенные по оси X', установлены симметрично относительно центрального стержня 16 и ориентированы наименьшей поперечной жесткостью в направлении этой же оси X'. Периферийные стержни 17б, расположенные на оси Y', также установлены симметрично относительно центрального стержня 16 и ориентированы наименьшей поперечной жесткостью в направлении оси Y'. Центральный стержень 16 имеет в поперечном сечении форму преимущественно квадрата (в случае, если одна из измеряемых сил Px или Py, значительно превышает другую, сечение центрального стержня может иметь форму прямоугольника), а периферийные стержни 17 имеют форму в поперечном сечении преимущественно прямоугольников (такая форма поперечного сечения периферийных стержней обеспечивает наибольший момент сопротивления относительно момента, скручивающего испытуемую модель, что необходимо для обеспечения целостности динамометра в случае проведения испытаний модели по одноопорной или двухопорной схеме буксировки).Dynamometers (see Fig. 2) are oriented in such a way that the axes of the rods X ', Y' of the five-rod elastic element coincide with the directions of the longitudinal X and transverse Y axes of the channel of the experimental pool. In this case, the peripheral rods 17a (see Figs. 3, 4) located along the X 'axis are installed symmetrically with respect to the central rod 16 and are oriented by the smallest lateral stiffness in the direction of the same X' axis. The peripheral rods 17b located on the axis Y ′ are also mounted symmetrically with respect to the central rod 16 and are oriented by the least lateral stiffness in the direction of the axis Y ′. The central rod 16 has a predominantly square shape in the cross section (if one of the measured forces P x or P y is much larger than the other, the cross section of the central rod can be in the form of a rectangle), and the peripheral rods 17 have a shape in the cross section of predominantly rectangles ( this cross-sectional shape of the peripheral rods provides the greatest moment of resistance relative to the moment twisting the test model, which is necessary to ensure the integrity of the dynamometer in the case of model testing using a single or double towing scheme).

Динамометры образуют трехопорную силоизмерительную систему (см. фиг. 2) и установлены таким образом, что продольная ось X' динамометра 4 совпадает с продольной осью X трехопорной силоизмерительной системы и с направлением буксировки модели (ось X также совпадает с направлением продольной оси канала опытового бассейна). Два других динамометра 5 и 6 установлены симметрично оси Х. Dynamometers form a three-support force measuring system (see Fig. 2) and are installed in such a way that the longitudinal axis X 'of dynamometer 4 coincides with the longitudinal axis X of the three-support force measuring system and with the towing direction of the model (the X axis also coincides with the direction of the longitudinal axis of the channel of the experimental pool) . Two other dynamometers 5 and 6 are mounted symmetrically to the X axis.

Тензорезисторы 18 и 24 (см. фиг. 3, 4) соединены в мостовые измерительные схемы. Причем тензорезисторы 18а, закрепленные на боковых поверхностях центрального стрежня 16, расположенных перпендикулярно оси X', соединены в мостовую схему, которая образует датчик продольной силы

Figure 00000002
, а тензорезисторы 18б, закрепленные на боковых поверхностях центрального стержня 16, расположенных перпендикулярно оси Y', соединены в мостовую схему, которая образует датчик поперечной силы
Figure 00000003
. Тензорезисторы 24, закрепленные на спицах 22 упругого элемента 15, также соединены в мостовую схему и образуют датчик вертикальной силы
Figure 00000004
. Таким образом, динамометр в каждой опоре содержит по три силоизмерительных датчика
Figure 00000005

Электрические выходы датчиков 35, 36, 37 динамометра 4, датчиков 38, 39, 40 динамометра 5 и датчиков 41, 42, 43 динамометра 6 соединены с входом электронной вычислительной машины 44 (см. фиг. 5).The strain gauges 18 and 24 (see. Fig. 3, 4) are connected in a bridge measuring circuit. Moreover, the strain gauges 18a, mounted on the side surfaces of the Central rod 16, located perpendicular to the axis X ', are connected to a bridge circuit, which forms a longitudinal force sensor
Figure 00000002
and the strain gages 18b mounted on the lateral surfaces of the central rod 16 located perpendicular to the axis Y 'are connected to a bridge circuit that forms a transverse force sensor
Figure 00000003
. Strain gages 24, mounted on the spokes 22 of the elastic element 15, are also connected to the bridge circuit and form a vertical force sensor
Figure 00000004
. Thus, the dynamometer in each support contains three load cells
Figure 00000005

The electrical outputs of the sensors 35, 36, 37 of the dynamometer 4, the sensors 38, 39, 40 of the dynamometer 5 and the sensors 41, 42, 43 of the dynamometer 6 are connected to the input of the electronic computer 44 (see Fig. 5).

Устройство работает следующим образом. При движении буксировочной тележки 1 в канале опытового бассейна 10 на модели 9 морского инженерного сооружения, буксируемой в режиме "жесткой запряжки", возникают гидродинамические со стороны воды и ледовые силы и моменты от разрушения ледового поля 12. Эти силы и моменты передаются на динамометры 4, 5, 6, деформируя измерительные стержни 16, 17 и спицы 22. Деформации стержней и спиц преобразуются тензорезисторами 18 и 24 в электрические сигналы, пропорциональные действующим силам и моментам. Электрические сигналы от измерительных датчиков 35 - 43 динамометров поступают на ЭВМ 44, которая вычисляет действующие на буксируемую модель силы и моменты по следующим алгоритмам:

Figure 00000006

где Px, Py, Pz, Mx, My, Mz - силы и моменты, действующие на модель относительно осей X, Y, Z:
Figure 00000007

- измеряемые составляющие силы в направлении осей X', Y', Z' динамометрами 4, 5, 6, причем силам, измеряемым динамометрам 4, присвоен индекс 1, а силам, измеряемым динамометром 5, присвоен индекс 2, соответственно, силам, измеряемым динамометром 6, присвоен индекс 3;
Xi, Yi, Zi - координаты измерительной оси датчика i - того динамометра относительно системы координат X,Y,Z опытового бассейна.The device operates as follows. When the towing truck 1 moves in the channel of the test basin 10 on the model 9 of the marine engineering structure, towed in the "hard harness" mode, hydrodynamic forces from the water side and ice forces and moments from the destruction of the ice field 12 arise. These forces and moments are transmitted to dynamometers 4, 5, 6, deforming the measuring rods 16, 17 and the spokes 22. The deformations of the rods and spokes are transformed by the strain gauges 18 and 24 into electrical signals proportional to the acting forces and moments. Electrical signals from measuring sensors 35 - 43 dynamometers are fed to a computer 44, which calculates the forces and moments acting on the towed model using the following algorithms:
Figure 00000006

where P x , P y , P z , M x , M y , M z are the forces and moments acting on the model relative to the X, Y, Z axes:
Figure 00000007

- the measured components of the force in the direction of the axes X ', Y', Z 'by dynamometers 4, 5, 6, and the forces measured by dynamometers 4 are assigned index 1, and the forces measured by dynamometer 5 are assigned index 2, respectively, by the forces measured by dynamometer 6, assigned index 3;
X i , Y i , Z i - the coordinates of the measuring axis of the sensor i - that dynamometer relative to the coordinate system X, Y, Z of the experimental pool.

Благодаря тому, что один из динамометров 3-х опорной силоизмерительной системы установлен так, что его продольная ось совпадает с продольной осью системы, а два других динамометра расположены по поперечной оси симметрично относительно продольной оси системы, существенно упрощается система коэффициентов в уравнениях моментов, а с ней - и сами уравнения моментов. При этом матрица коэффициентов Xi, Yi, Zi приобретает вид:

Figure 00000008

Координаты Xi, Yi, Zi показаны на фиг. 2, а координаты Z1 показана на фиг. 1.Due to the fact that one of the dynamometers of the 3-way load-measuring system is installed so that its longitudinal axis coincides with the longitudinal axis of the system, and the other two dynamometers are located on the transverse axis symmetrically with respect to the longitudinal axis of the system, the coefficient system in the moment equations is significantly simplified, and with her - and the equations of moments themselves. In this case, the matrix of coefficients X i , Y i , Z i takes the form:
Figure 00000008

The coordinates X i , Y i , Z i are shown in FIG. 2, and the coordinates Z 1 are shown in FIG. 1.

Система уравнений моментов после замены коэффициентов Xi, Yi, Zi на соответствующие им значения X1, X2, Y2,Z1 для предложенной конструкции устройства, а также с учетом уравнений сил, приобретает вид:

Figure 00000009

Главным преимуществом упрощения системы уравнений моментов является повышение точности определения моментов, которая достигается благодаря уменьшению слагаемых в уравнениях.The system of equations of moments after replacing the coefficients X i , Y i , Z i with the corresponding values of X 1 , X 2 , Y 2 , Z 1 for the proposed device design, and also taking into account the equations of force, takes the form:
Figure 00000009

The main advantage of simplifying the system of equations of moments is the increase in the accuracy of determination of moments, which is achieved by reducing the terms in the equations.

Испытания модели 9 в ледовом опытном бассейне и измерение сил и моментов, действующих на модель, проводится на нескольких режимах движения буксировочной тележки 1 по скорости. Обычно длины рабочего участка хватает для проведения испытаний на 3 - 4 скоростях движения. После этого буксировочная тележка 1 с моделью 9 возвращается в исходное положение; начинается процесс намораживания нового ледового поля и подготовки устройства к очередной серии испытаний, например, с углом дрейфа модели φ. Для этого снимают болты крепления опорной платформы 7 к силопередающей плите 8. Разворачивают модель 9 относительно 3-х опорной установки на заданный угол φ, который отсчитывают по шкальному механизму 28, 32, и закрепляют силопередающую плиту с опорной платформой болтами по отверстиям 33, 34. Устройство готово к новой серии испытаний. Tests of model 9 in the ice pilot pool and the measurement of forces and moments acting on the model are carried out in several modes of movement of the towing trolley 1 in speed. Usually the length of the working section is enough for testing at 3 to 4 speeds. After that, the towing carriage 1 with model 9 returns to its original position; the process of freezing a new ice field and preparing the device for the next series of tests begins, for example, with a model drift angle φ. To do this, remove the mounting bolts of the support platform 7 to the power transmitting plate 8. Unroll model 9 relative to the 3 support installation at a given angle φ, which is counted by the scale mechanism 28, 32, and fix the power transmitting plate with the support platform with bolts through holes 33, 34. The device is ready for a new series of tests.

Таким образом, предлагаемая конструкция устройства для буксировочных испытаний в ледовом бассейне обеспечивает высокую жесткость системы модель - буксировочное устройство - буксировочная тележка благодаря креплению модели к буксировочной тележке через три динамометра, разнесенных в плоскости X, Y модели, устраняет низкочастотные колебания модели, характерные для одноопорной схемы крепления, в особенности для крупногабаритных плохообтекаемых моделей, подверженных воздействию значительных по величине ледовых сил и моментов, обеспечивает в целом проведение испытаний моделей судов и морских инженерных сооружений в широком диапазоне моделирования физико-механических и геометрических характеристик ледового поля и надежное разделение компонент гидродинамических и ледовых нагрузок в системе координат канал бассейна и их измерение в динамическом режиме разрушения ледового поля и консолидированных торосистых перемычек. Thus, the proposed design of the device for towing tests in the ice pool provides high rigidity of the model - towing device - towing carriage system by attaching the model to the towing carriage through three dynamometers spaced in the X, Y plane of the model, eliminates low-frequency oscillations of the model, characteristic of a single-bearing scheme fastenings, especially for large-sized poorly streamlined models subject to significant ice forces and moments, ensure flushes the whole testing models of ships and marine engineering structures in a wide range of modeling of physical-mechanical and geometric characteristics of the ice field and reliable separation of the components of the hydrodynamic and ice loads in the system pool channel coordinate and dimension in dynamic mode fracture the ice field and consolidated hummocky jumpers.

Claims (1)

Устройство для буксировочных испытаний модели судна в опытовом бассейне, содержащее буксировочную тележку с жестко закрепленной рамой со штангой, связанной с динамометром и буксируемой в канале бассейна моделью, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено двумя штангами, двумя динамометрами, силопередающей плитой с цилиндрической втулкой, опорной платформой с буртиком и шкальным механизмом, причем буксируемая модель через силопередающую плиту, жестко закрепленную на модели, и опорную платформу связана с динамометрами, которые образуют трехопорную силоизмерительную систему, и через штанги, выполненные с переменной по высоте поперечной жесткостью, и раму связаны с буксировочной тележкой, при этом один из динамометров трехпорной силоизмерительной системы установлен так, что его продольная ось совпадает с продольной осью трехопорной силоизмерительной системы и с направлением буксировки модели, а два других динамометра расположены по поперечной оси системы симметрично относительно ее продольной оси, цилиндрическая втулка силопередающей плиты размещена коаксиально с цилиндрическим отверстием в буртике опорной платформы с возможностью поворота силопередающей плиты вместе с моделью относительно вертикальной оси и фиксации модели в заданном угловом положении, на буртике опорной платформы нанесена сетка шкального механизма, а на цилиндрической втулке силопередающей плиты нанесен индекс, причем каждый из динамометров содержит датчики продольной, поперечной и вертикальной сил и выполнен в виде последовательно соединенных между собой двух упругих элементов, один из которых представляет собой пятистержневой упругий элемент с центральным стержнем, оснащенным тензорезисторами, и с четырьмя периферийными стержнями, расположенными между двумя фланцами и выполненными за одно целое с ними, а второй упругий элемент представляет собой обод со спицами и ступицей, при этом спицы оснащены тензорезисторами и выполнены за одно целое с ободом и ступицей, причем подвижный фланец первого упругого элемента жестко соединен со ступицей второго упругого элемента, а его обод соединен с опорной платформой, центральный стержень первого упругого элемента имеет в поперечном сечении форму преимущественно квадрата, а периферийные стержни - форму преимущественно прямоугольников, оси стержней совпадают с направлением продольной и поперечной осей канала опытового бассейна, при этом периферийные стержни, симметрично расположенные относительно центрального стержня, попарно ориентированы наименьшей поперечной жесткостью в направлении оси канала опытового бассейна, по которой они расположены, выходы датчиков каждого динамометра соединены со входом электронной вычислительной машины. A device for towing tests of a ship model in an experimental pool, comprising a towing trolley with a rigidly mounted frame with a rod connected to a dynamometer and towed by a model in the pool channel, characterized in that the device is additionally equipped with two rods, two dynamometers, a power transmitting plate with a cylindrical sleeve, a support a platform with a shoulder and a scale mechanism, and the towed model through a power transmitting plate rigidly mounted on the model, and the supporting platform is connected to dynamometers, which which form a three-support force measuring system, and through rods made with a transverse stiffness varying in height and the frame are connected to a towing carriage, one of the dynamometers of the three-support force measuring system is set so that its longitudinal axis coincides with the longitudinal axis of the three-support force measuring system and with the direction towing the model, and two other dynamometers are located on the transverse axis of the system symmetrically relative to its longitudinal axis, the cylindrical sleeve of the power transmitting plate is placed coaxially with a cylindrical hole in the shoulder of the support platform with the possibility of rotation of the power transmitting plate together with the model relative to the vertical axis and fixing the model in a given angular position, a scale mechanism grid is applied to the shoulder of the support platform, and an index is plotted on the cylindrical sleeve of the power transmitting plate, each of which dynamometers contains sensors of longitudinal, transverse and vertical forces and is made in the form of two elastic elements connected in series with each other, one of which represents a five-core elastic element with a central rod equipped with strain gages and with four peripheral rods located between two flanges and made in one piece with them, and the second elastic element is a rim with knitting needles and a hub, while the spokes are equipped with strain gauges and made for one integral with the rim and hub, the movable flange of the first elastic element being rigidly connected to the hub of the second elastic element, and its rim connected to the supporting platform, the central rod of the first unit of the ugly element in the cross section has a predominantly square shape, and the peripheral rods are predominantly rectangular, the axis of the rods coincide with the direction of the longitudinal and transverse axes of the channel of the test pool, while the peripheral rods symmetrically located relative to the central rod are pairwise oriented with the least transverse stiffness in the direction of the axis channel of the experimental pool, along which they are located, the outputs of the sensors of each dynamometer are connected to the input of electronic computing machine.
RU97110895A 1997-06-26 1997-06-26 Device for towing tests of ship model in model testing basin RU2113373C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97110895A RU2113373C1 (en) 1997-06-26 1997-06-26 Device for towing tests of ship model in model testing basin

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97110895A RU2113373C1 (en) 1997-06-26 1997-06-26 Device for towing tests of ship model in model testing basin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2113373C1 true RU2113373C1 (en) 1998-06-20
RU97110895A RU97110895A (en) 1998-11-20

Family

ID=20194669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97110895A RU2113373C1 (en) 1997-06-26 1997-06-26 Device for towing tests of ship model in model testing basin

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2113373C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102241269A (en) * 2011-02-14 2011-11-16 上海市东方海事工程技术有限公司 High-pressure resistant underground experimental measurement auxiliary system
CN105438399A (en) * 2015-08-21 2016-03-30 河海大学 Physical model of mooring ship and test method of physical model
CN106568572A (en) * 2016-05-10 2017-04-19 中国人民解放军海军工程大学 Ship model coupling acting force measurement apparatus and method thereof
CN107014587A (en) * 2017-05-18 2017-08-04 哈尔滨工程大学 A kind of utilization non-freezing can ice obtains the measuring system and measuring method of ship model resistance in trash ice
CN107314835A (en) * 2016-04-27 2017-11-03 哈尔滨工业大学(威海) Flat-plate drag test device is used in one kind experiment
CN109253855A (en) * 2018-09-29 2019-01-22 华中科技大学 A kind of multiple degrees of freedom resistance dynamometer
CN110567676A (en) * 2019-08-01 2019-12-13 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 Shipborne cable array resistance coefficient measuring system and method
CN114894437A (en) * 2022-06-07 2022-08-12 上海交通大学 Test device for researching coupling hydrodynamic characteristics of stand column-netting structure

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102241269A (en) * 2011-02-14 2011-11-16 上海市东方海事工程技术有限公司 High-pressure resistant underground experimental measurement auxiliary system
CN102241269B (en) * 2011-02-14 2013-07-03 上海市东方海事工程技术有限公司 High-pressure resistant underground experimental measurement auxiliary system
CN105438399A (en) * 2015-08-21 2016-03-30 河海大学 Physical model of mooring ship and test method of physical model
CN107314835A (en) * 2016-04-27 2017-11-03 哈尔滨工业大学(威海) Flat-plate drag test device is used in one kind experiment
CN107314835B (en) * 2016-04-27 2019-11-05 哈尔滨工业大学(威海) A kind of experiment flat-plate drag test device
CN106568572A (en) * 2016-05-10 2017-04-19 中国人民解放军海军工程大学 Ship model coupling acting force measurement apparatus and method thereof
CN107014587A (en) * 2017-05-18 2017-08-04 哈尔滨工程大学 A kind of utilization non-freezing can ice obtains the measuring system and measuring method of ship model resistance in trash ice
CN109253855A (en) * 2018-09-29 2019-01-22 华中科技大学 A kind of multiple degrees of freedom resistance dynamometer
CN109253855B (en) * 2018-09-29 2019-09-06 华中科技大学 A kind of multiple degrees of freedom resistance dynamometer
CN110567676A (en) * 2019-08-01 2019-12-13 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 Shipborne cable array resistance coefficient measuring system and method
CN110567676B (en) * 2019-08-01 2024-05-24 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 System and method for measuring resistance coefficient of shipborne cable array
CN114894437A (en) * 2022-06-07 2022-08-12 上海交通大学 Test device for researching coupling hydrodynamic characteristics of stand column-netting structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100326206A1 (en) Platform balance
CA1073485A (en) Load determining devices and transducer having mounts therefor
US4850552A (en) Landing gear load transducer
CN101900620B (en) Method for identifying variable boundary cable force of medium or long cable
WO2015017806A2 (en) Two-axis sensor body for a load transducer and platform balance with the same
CN111323203B (en) Wave force and wave making measuring device and method for ship model water elasticity experiment
RU2113373C1 (en) Device for towing tests of ship model in model testing basin
CN103323097A (en) Ultra-low frequency high-accuracy micro-vibration measuring system
WO2023151235A1 (en) Submerged floating tunnel full hydroelasticity response model test device and method
EP0244173A2 (en) Improvements in dynamometers
RU2308397C2 (en) Device for conducting the towing tests of marine engineering facility model in model testing basin
CN110220621A (en) A kind of rail head of rail formula strain gauge for the detection of rail truck Super leaning load
CN111017135A (en) Water elasticity test ship model adopting U-shaped keel beam and design method thereof
CN109374160A (en) A kind of rail stress sensor for the detection of rail truck Super leaning load
CN110174206B (en) Device and method for measuring three-dimensional total force for experiment
CN111413131A (en) Suspension tunnel anchor rope inefficacy and dynamic response test device that collapses in succession
US2785569A (en) Wind tunnel force and moment measuring device
WO2005057182A9 (en) Platform balance for wind tunnel
JPH0617839B2 (en) Maybe force detector and maybe force detector using the same
KR20080016995A (en) Platform balance
US3561264A (en) Balance for use in wind tunnels
CN211652017U (en) Experimental measurement device for water elasticity ship model
RU97110895A (en) DEVICE FOR TOWING TESTS OF A SHIP MODEL IN AN EXPERIMENTAL POOL
CN211824943U (en) Model test device for stern vibration analysis
Maeda et al. Measurement of applied force and deflection in the javelin throw