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船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置，包括安裝平臺(tái)、固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、六分力天平、萬(wàn)向鉸鏈和六個(gè)電動(dòng)缸；六個(gè)電動(dòng)缸的上、下端分別通過萬(wàn)向鉸鏈連接固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，六分力天平安裝于三個(gè)支點(diǎn)所組成的等邊三角形中心，六分力天平剛性連接試驗(yàn)船模的重心；固定平臺(tái)通過安裝平臺(tái)安裝于拖車橫梁上；六電動(dòng)缸通過伸縮運(yùn)動(dòng)使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生不同方向的位移和旋轉(zhuǎn)，從而模擬船模的橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、縱搖和首搖運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還提供了利用上述裝置進(jìn)行船模水動(dòng)力性能的測(cè)試方法。本發(fā)明能夠精確模擬船模多個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，并結(jié)合六分力天平，測(cè)量出船模在不同試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)的各種水動(dòng)力參數(shù)，全面地表征船模水動(dòng)力性能。
【專利說明】船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及船舶性能試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置及方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 船模水動(dòng)力性能測(cè)試是指利用物理模型方法，確定船模性能研究和船舶設(shè)計(jì)中所 要求的有關(guān)數(shù)據(jù)及資料的一種手段，它可以對(duì)船舶的綜合航行性能進(jìn)行系統(tǒng)的估算和評(píng) 估。通過船模試驗(yàn)，不僅可以研究新的船型，探討影響船舶航行性能的各種因素，而且可以 對(duì)船舶在航行中所發(fā)生的物理過程獲得更深刻的理解。它可以促進(jìn)理論工程進(jìn)一步發(fā)展， 使工程計(jì)算中所應(yīng)用的計(jì)算方法不斷的完善，提高理論研究和工程設(shè)計(jì)能力，改進(jìn)船舶的 航行性能。因此，世界上造船工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，無(wú)不重視船模試驗(yàn)池的建設(shè)并相應(yīng)的發(fā) 展各種船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置。
[0003] 目前，船模各水動(dòng)力性能的測(cè)試采用的是不同的測(cè)試裝置，例如快速性試驗(yàn)采用 的是阻力儀、耐波性試驗(yàn)采用的是適航儀、操縱性試驗(yàn)采用的是平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，而每進(jìn)行 一項(xiàng)船模水動(dòng)力性能的測(cè)試都要都要對(duì)設(shè)備進(jìn)行重新拆卸和安裝，試驗(yàn)效率很低。而船模 的各水動(dòng)力系數(shù)則主要采用平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)測(cè)量，但是平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)只能使船模做純升 沉、純俯仰、純橫蕩、和純首搖運(yùn)動(dòng)，所以船模的部分耦合水動(dòng)力系數(shù)無(wú)法通過試驗(yàn)來(lái)測(cè)量， 導(dǎo)致船舶水動(dòng)力性能無(wú)法準(zhǔn)確的評(píng)估。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種船模水動(dòng)力性能綜合測(cè)試裝 置，能夠精確的帶動(dòng)船模產(chǎn)生橫搖、縱搖、首搖、橫蕩、縱蕩和垂蕩運(yùn)動(dòng)，并結(jié)合六分力天平， 適合開展多種船模水動(dòng)力性能試驗(yàn)，測(cè)量出船模在不同試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)的各種水動(dòng)力參數(shù)，全 面地表征船模水動(dòng)力性能。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置，包括安裝平臺(tái)、固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、六分力天平、 萬(wàn)向鉸鏈和六個(gè)電動(dòng)缸；
[0007] 六個(gè)電動(dòng)缸的上、下端分別通過萬(wàn)向鉸鏈連接固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。六個(gè)電動(dòng)缸 的上端點(diǎn)兩兩組成固定平臺(tái)的三個(gè)支點(diǎn)，六個(gè)電動(dòng)缸的下端點(diǎn)兩兩組成運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)支 點(diǎn)，固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的三個(gè)支點(diǎn)均構(gòu)成等邊三角形，固定平臺(tái)上形成的三角形大于 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上形成的三角形；六分力天平安裝于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的下表面，且位于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)三個(gè)支 點(diǎn)所組成的等邊三角形的中心，六分力天平剛性連接試驗(yàn)船模的重心；固定平臺(tái)通過安裝 平臺(tái)安裝于拖車橫梁上；拖車帶動(dòng)整個(gè)測(cè)試裝置直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)六個(gè)電動(dòng)缸通過伸縮運(yùn)動(dòng) 使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生不同方向的位移和旋轉(zhuǎn)，從而模擬船模在空間上橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、 縱搖和首搖運(yùn)動(dòng)。
[0008] 進(jìn)一步地，所述安裝平臺(tái)包括上連接件和下連接件；
[0009] 上連接件采用開口朝下的U形架，U形架的封閉端左、右兩邊對(duì)稱開有兩個(gè)卡槽， 該U形架的兩側(cè)壁與拖車橫梁通過螺栓連接；
[0010] 下連接件為開口朝上的U形架，U形架的中部設(shè)有截面為倒梯形的空心凸臺(tái)，空 心凸臺(tái)的上端面固定連接上連接件的封閉端，該U形架的兩側(cè)壁與拖車橫梁均通過螺栓連 接；下連接件的下表面中心開有凹槽，固定平臺(tái)的上表面加工有與凹槽匹配的凸臺(tái)，以對(duì)固 定平臺(tái)進(jìn)行定位。
[0011] 進(jìn)一步地，所述電動(dòng)缸的行程和相鄰電動(dòng)缸之間的夾角使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能 指標(biāo)滿足下表：。
[0012]
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置，其特征在于，包括安裝平臺(tái)、固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、六 分力天平、萬(wàn)向鉸鏈和六個(gè)電動(dòng)缸； 六個(gè)電動(dòng)缸的上、下端分別通過萬(wàn)向鉸鏈連接固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。六個(gè)電動(dòng)缸的上 端點(diǎn)兩兩組成固定平臺(tái)的三個(gè)支點(diǎn)，六個(gè)電動(dòng)缸的下端點(diǎn)兩兩組成運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)支點(diǎn)， 固定平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的三個(gè)支點(diǎn)均構(gòu)成等邊三角形，固定平臺(tái)上形成的三角形大于運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)上形成的三角形；六分力天平安裝于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的下表面，且位于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)三個(gè)支點(diǎn)所 組成的等邊三角形的中心，六分力天平剛性連接試驗(yàn)船模的重心；固定平臺(tái)通過安裝平臺(tái) 安裝于拖車橫梁上；拖車帶動(dòng)整個(gè)測(cè)試裝置直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)六個(gè)電動(dòng)缸通過伸縮運(yùn)動(dòng)使得 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生不同方向的位移和旋轉(zhuǎn)，從而模擬船模在空間上橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、縱搖 和首搖運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置，其特征在于，所述安裝平臺(tái)包括 上連接件和下連接件； 上連接件采用開口朝下的U形架，U形架的封閉端左、右兩邊對(duì)稱開有兩個(gè)卡槽，該U形 架的兩側(cè)壁與拖車橫梁通過螺栓連接； 下連接件為開口朝上的U形架，U形架的中部設(shè)有截面為倒梯形的空心凸臺(tái)，空心凸臺(tái) 的上端面固定連接上連接件的封閉端，該U形架的兩側(cè)壁與拖車橫梁均通過螺栓連接；下 連接件的下表面中心開有凹槽，固定平臺(tái)的上表面加工有與凹槽匹配的凸臺(tái)，以對(duì)固定平 臺(tái)進(jìn)行定位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置，其特征在于，所述電動(dòng)缸的行 程和相鄰電動(dòng)缸之間的夾角使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)滿足下表：
4. 一種利用權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置進(jìn)行船 模操縱性試驗(yàn)測(cè)試的方法，其特征在于，具體為： 開動(dòng)拖車拖動(dòng)安裝平臺(tái)，驅(qū)使船模直線運(yùn)動(dòng)；通過控制臺(tái)輸入控制程序，控制電動(dòng)缸的 伸縮與旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)船模的橫搖、縱搖、首搖、橫蕩、縱蕩和垂蕩運(yùn)動(dòng)及其與拖車直線運(yùn)動(dòng)的 各種組合運(yùn)動(dòng)； 通過六分力天平測(cè)出船模作自由運(yùn)動(dòng)時(shí)的三個(gè)力：橫向力X，縱向力Y，垂向力Z ;三個(gè) 力矩：橫傾力矩K，縱傾力矩M，偏航力矩N ;通過控制臺(tái)控制程序獲取船模的三個(gè)速度：橫 向速度u，縱向速度V，垂向速度w ;三個(gè)角速度：橫傾角速度p，縱傾角速度q，偏航角速度 r ;三個(gè)加速度：橫向加速度!丨、縱向加速度垂向加速度三個(gè)角加速度：橫傾角加速度 P，縱傾加角速度4，偏航加角速度-: 已知船模重量m，重力P，浮力B ;重心縱向坐標(biāo)xe，浮心縱向坐標(biāo)xc ;三個(gè)位移方向上的 附加質(zhì)量mx，my，mz ;船模對(duì)三個(gè)坐標(biāo)軸的慣性矩Ix，Iy，Iz及相應(yīng)附加慣性矩J x，Jy，Jz ; 建立船模的運(yùn)動(dòng)方程為：
5. -種利用權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置進(jìn)行船 模阻力試驗(yàn)測(cè)試的方法，其特征在于，具體為： 開動(dòng)拖車拖動(dòng)安裝平臺(tái)，驅(qū)使船模直線運(yùn)動(dòng)；通過控制臺(tái)輸入控制程序，控制電動(dòng)缸 的伸縮與旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整船模的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，通過六分力天平測(cè)出船模帶姿態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的阻 力。
6. -種利用權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的船模水動(dòng)力性能測(cè)試裝置進(jìn)行船 模自航試驗(yàn)測(cè)試的方法，其特征在于，具體為： 開動(dòng)拖車拖動(dòng)安裝平臺(tái)，驅(qū)使船模直線運(yùn)動(dòng)；通過控制臺(tái)輸入控制程序，控制電動(dòng)缸的 伸縮與旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整船模的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，通過六分力天平測(cè)出船模帶姿態(tài)自航時(shí)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)所施 加的強(qiáng)制力。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK104280206SQ201410554978
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】孫江龍, 涂海文, 陽(yáng)航, 謝文雄 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)