拖網網板水動力性能的測試裝置及測量方法與流程
本發明屬拖網網板水動力性能測試的技術領域，特別是涉及一種拖網網板水動力性能的測試裝置及測量方法。
背景技術：
拖網網板是拖網生產作業中實現漁網水平擴展的重要構件，其水動力性能的優劣是影響漁獲量和捕撈效率的重要因素。水流對網板的水動力可分解為與網板運動方向相垂直的擴張力和與網板運動方向相平行的水阻力，其中網板的擴張力起到擴張網具、增加掃海面積的作用，而擴張力與水阻力的比值則是衡量網板擴張效率重要參數。目前關于拖網網板水動力學特性的測試方法有數值模擬和水槽模型實驗的方法。根據漁具的實際作業環境，采用水槽模型實驗的方法比較理想。為了評估現有拖網網板性能或設計新型拖網網板，根據漁具模型試驗相似準則制作小尺度的漁具模型，并將其置于同漁具的實際作業環境相似的條件下，觀察和測定其呈現的形狀和受力情況，借以推斷它所代表的實際漁具在作業時的真實情況。水槽模型試驗可預測或驗證漁具的性能和合理性，取得設計、改進拖網網板和調整拖網網板使用方法的科學依據。
目前在漁具模型實驗中，漁具模型一般由1根支架固定，直接連接三分力或六分力傳感器，或由3根支架固定，分別連接阻力傳感器、升力傳感器和力矩傳感器。實用新型專利“一種漁具漁具模型的位置調節裝置”(ZL2013201457119)和實用新型專利“一種自動調節漁具模型實驗工況的裝置”(201520794333.6)均采用單一支架固定漁具模型的方法。由于單一支架強度較差，在測試中當水流速度較大時，會出現固定支架向后方傾斜的情況。當漁具模型發生傾斜時，迎流面積隨之發生改變，影響實驗結果精度。而且需要根據傾斜角度對測試結果進行修正，工作量較大。多支架結構干擾量偏大，結構較為復雜，不宜維護。最終結果需要根據不同坐標系進行換算，影響測量效果，且存在對不同模型的適用性較差的問題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種拖網網板水動力性能的測試裝置及測量方法，避免漁具模型在水流中運行時發生傾斜，保證測試的精確性，提高測試效率。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種拖網網板水動力性能的測試裝置，包括兩條X向導軌、三條Y向導軌、第一傳感器、第二傳感器、第一傳感器平臺、第二傳感器平臺、旋轉臺、模型固定支架、固定轉環、鋼絲線、翼型支架和漁具模型，所述Y向導軌可滑動式垂直安裝于X向導軌上，所述第一傳感器平臺的兩端滑動式安裝在兩條Y向導軌上，所述旋轉臺安裝在第一傳感器平臺上方，所述第一傳感器固定于第一傳感器平臺的下方，所述模型固定支架上端安裝到第一傳感器、下端與漁具模型安裝固定，所述第二傳感器平臺的兩端滑動式安裝在兩條Y向導軌上、沿X向與第一傳感器平臺的位置相對應，所述第二傳感器固定在第二傳感器平臺的下方，所述翼型支架的上端安裝到第二傳感器、下端與漁具模型的下端面平齊，所述固定轉環的內環與漁具模型的底部連接，所述鋼絲線一端與固定轉環的外環連接、另一端與翼型支架的下端連接。
作為本發明一種優選的實施方案，所述翼型支架的橫截面呈流線型。
作為本發明另一種優選的實施方案，所述X向導軌安裝在試驗水槽的池壁頂端。
作為本發明另一種優選的實施方案，所述X向導軌的安裝方向與水流方向平行。
作為本發明另一種優選的實施方案，所述翼型支架為伸縮式支架并設有長度固定結構。
作為本發明另一種優選的實施方案，所述第一傳感器和第二傳感器均采用三分力傳感器。
本發明解決其技術問題所采用的另一技術方案是提供一種利用上述拖網網板水動力性能測試裝置的測試方法，包括以下步驟：
(1)設計實驗工況，其中水流速度取i檔，迎流沖角取j檔，取下漁具模型和鋼絲線，測試水流速度為Vi時模型固定支架和翼型支架的干擾誤差，阻力干擾參數為第一傳感器和第二傳感器所測X方向數值之和FX0，升力干擾參數為第一傳感器和第二傳感器所測Y方向數值之和FY0；
(2)安裝漁具模型和鋼絲線，調節旋轉臺，使漁具模型的迎流沖角為αj，記錄第一傳感器的X′方向數值FX1ij和Y′方向數值FY1ij，記錄第二傳感器的X方向數值FX2ij和Y方向數值FY2ij；
(3)計算水流速度為Vi、迎流沖角為αj工況下X和Y方向的合力，將第一傳感器12測定的X′-Y′方向上的力分解至第二傳感器11的X-Y方向，計算X方向的合力為FXij＝FX2ij+FX1ij·cos(αj)+FY1ij·sin(αj)，計算Y方向的合力為FYij＝FX2ij+FY1ij·cos(αj)-FX1ij·sin(αj)；
(4)修正模型固定支架和翼型支架的干擾誤差，計算漁具模型的阻力參數為FXij-FX0，升力參數為FYij-FY0；
(5)調節旋轉臺，使漁具模型的迎流沖角為αj+1，重復步驟(2)-(4)，獲得水流速度為Vi時，不同迎流沖角下漁具模型的水動力性能參數；
(6)調節水流速度為Vi+1，重復步驟(1)-(5)，獲得不同水流速度下不同迎流沖角漁具模型的水動力性能參數。
有益效果
在本發明中，在對漁具模型的水動力性能進行測試過程中，當水流流速過高導致模型固定支架向后方傾斜發生變形趨勢時，通過底部鋼絲線的牽引作用，使漁具模型保持垂直狀態，減小實驗誤差。本發明的裝置結構簡單、控制實施容易，避免了因模型固定支架變形產生的實驗誤差，省去模型固定支架的變形修正數據處理環節，有助于提高測試效率。
附圖說明
圖1為本發明的正面結構示意圖。
圖2為本發明的使用狀態結構示意圖。
圖3為本發明的倒置結構示意圖。
圖4為本發明鋼絲線的連接結構放大圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
如圖1-4所示的一種拖網網板水動力性能的測試裝置，包括兩條X向導軌1、三條Y向導軌2、第一傳感器12、第二傳感器11、第一傳感器平臺5、第二傳感器平臺3、旋轉臺4、模型固定支架6、固定轉環8、鋼絲線9、翼型支架10和漁具模型7。
X向導軌1的長度為1.2m，兩條X向導軌1平行安裝在循環水試驗水槽池壁頂端，間距為50cm。Y向導軌2的長度為55cm，三條Y向導軌2平行地安裝于X向導軌1上，Y向導軌2能夠沿著X向導軌滑動。第一傳感器12和第二傳感器11均采用三分力傳感器，第一傳感器平臺5和第二傳感器平臺3的兩端分別滑動式安裝在兩條Y向導軌2上，第一傳感器平臺5和第二傳感器平臺3沿X方向的安裝位置相對應。旋轉臺4安裝在第一傳感器平臺5上方，通過調節旋轉臺4，可以實現漁具模型7迎流沖角的調節。第一傳感器12固定于第一傳感器平臺5的下方，模型固定支架6上端安裝到第一傳感器12，下端與漁具模型7安裝固定。第二傳感器11固定在第二傳感器平臺3的下方，翼型支架10的上端安裝到第二傳感器11，翼型支架10的橫截面采用流線型結構，既能降低自身流體阻力，又可以使尾部流態快速平穩，減小紊流對后方工作段的影響。翼型支架10為伸縮式支架并設有長度固定結構，翼型支架10的長度根據漁具模型7的長度設置，保持翼型支架10的底部與漁具模型7的底部在同一水平面。固定轉環8的內環與漁具模型7的底部連接，鋼絲線9一端與固定轉環8的外環連接，另一端與翼型支架10的下端連接。固定轉環8的外環和內環間可實現相互轉動，當改變漁具模型7的迎流沖角時，固定轉環8的內環和外環發生相互轉動，保持鋼絲線9始終與水流方向平行，可避免鋼絲線9的受力方向發生變化。
進行測試前，首先根據漁具模型7的高度，將翼型支架10的長度設置為漁具模型7高度與模型固定支架6高度的和，以保持翼型支架10的底部與實驗模型7的底部在同一水平面。測試過程為：
(1)設計實驗工況，其中水流速度取i檔，迎流沖角取j檔，取下漁具模型7和鋼絲線9，測試水流速度為Vi時模型固定支架6和翼型支架10的干擾誤差，阻力干擾參數為第一傳感器12和第二傳感器11所測X方向數值之和FX0，升力干擾參數為第一傳感器12和第二傳感器11所測Y方向數值之和FY0；
(2)安裝漁具模型7和鋼絲線9，調節旋轉臺4，使漁具模型7的迎流沖角為αj，記錄第一傳感器12的X′方向數值FX1ij和Y′方向數值FY1ij，記錄第二傳感器11的X方向數值FX2ij和Y方向數值FY2ij；
(3)計算水流速度為Vi、迎流沖角為αj工況下X和Y方向的合力，將第一傳感器12測定的X′-Y′方向上的力分解至第二傳感器11的X-Y方向，計算X方向的合力為FXij＝FX2ij+FX1ij·cos(αj)+FY1ij·sin(αj)，計算Y方向的合力為FYij＝FX2ij+FY1ij·cos(αj)-FX1ij·sin(αj)；
(4)修正模型固定支架6和翼型支架10的干擾誤差，計算漁具模型7的阻力參數為FXij-FX0，升力參數為FYij-FY0；
(5)調節旋轉臺4，使漁具模型7的迎流沖角為αj+1，重復步驟(2)-(4)，獲得水流速度為Vi時，不同迎流沖角下漁具模型7的水動力性能參數；
(6)調節水流速度為Vi+1，重復步驟(1)-(5)，獲得不同水流速度下不同迎流沖角漁具模型7的水動力性能參數。
在對漁具模型7的水動力性能進行測試過程中，當水流流速過高導致模型固定支架6向后方傾斜發生變形趨勢時，通過漁具模型7底部鋼絲線9的牽引作用，使漁具模型7保持垂直狀態。因此，在上述測試步驟中，可以忽略模型固定支架6和漁具模型7的傾斜變形修正數據處理環節，僅需對支架干擾進行修正計算(步驟4)，有助于提高測試效率。
本發明結構簡單，控制實施容易，避免了因模型固定支架6變形產生的實驗誤差，省去模型固定支架6的變形修正數據處理環節，有助于提高測試效率，提高測試精度。
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