適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明涉及適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置及其使用方法，屬于船舶與海洋工程波浪載荷測試技術領域。本發明解決了目前無法在任意浪向的自航船模試驗中，獲得準確的試驗數據的技術問題。本發明包括軌道Ⅰ、軌道Ⅱ、軌道Ⅲ、萬向底座和彈力裝置，萬向底座設置在軌道Ⅲ底端，軌道Ⅲ平行設置有兩根，軌道Ⅱ平行設置有兩根，軌道Ⅰ和軌道Ⅱ垂直且在同一平面內，軌道Ⅲ與軌道Ⅰ和軌道Ⅱ所在平面垂直，軌道Ⅲ通過滑動裝置與軌道Ⅰ連接，軌道Ⅰ的兩端通過滑動裝置與兩根軌道Ⅱ連接，軌道Ⅰ端部的兩側分別設有彈力裝置，彈力裝置一端與軌道Ⅰ端部連接，另一端與軌道Ⅱ連接。本發明用于自航船模試驗。
【專利說明】
適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置及其使用方法
技術領域
[0001] 本發明涉及適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置及其使用方法，屬于船舶與海 洋工程波浪載荷測試技術領域。
【背景技術】
[0002] 船模試驗根據推進方式不同，大體上可分為拖航與自航兩種。拖航試驗中船模的 航速是由拖曳水池中的拖車保證的，拖車配有車速控制系統以保證拖車按照預定航速行 駛，因此無法將船體在波浪中的航行狀態反映出來，會給試驗結果帶來誤差。目前已有研究 指出拖航試驗方式會將載荷響應中的高頻成分增大，而自航試驗卻能夠真實地反映實際航 行狀態下的載荷特征，并預報出實船推進性能。因此，要研究船舶在波浪中的真實航行狀態 和載荷特性，目前大多是采用自航試驗。
[0003] 自航大多是迎浪，但實際海況中遭遇波浪的浪向往往是隨機的，目前文獻鮮有斜 浪試驗數據，無法為斜浪的理論結果提供試驗依據，因為斜浪試驗最大的問題就在于船模 的偏航，嚴格限制偏航會影響試驗數據精度，且違背了自航試驗方式的目的。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于解決現有技術存在的上述缺陷，提出一種能夠集限制偏航和測 量船模運動數據于一身，且適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置及其使用方法。
[0005] 本發明是采用以下的技術方案實現的：一種適用任意浪向的自航船模試驗測試裝 置，包括軌道I、軌道π、軌道m、萬向底座和彈力裝置，萬向底座設置在軌道m底端，軌道m 平行設置有兩根，軌道π平行設置有兩根，軌道I和軌道π垂直且在同一平面內，軌道m與 軌道I和軌道π所在平面垂直，軌道m通過滑動裝置與軌道I連接，軌道I的兩端通過滑動裝 置與兩根軌道π連接，軌道I端部的兩側分別設有彈力裝置，彈力裝置一端與軌道I端部連 接，另一端與軌道π連接。
[0006] 作為優選地，所述的滑動裝置包括滑塊，軌道π上設有滑塊π，軌道I的兩端與滑 塊π固定連接，軌道I上設有滑塊I，軌道m上設有滑塊I，軌道I和軌道m上的兩個滑塊I固 定連接或為一體式結構。
[0007] 作為優選地，所述的滑動裝置包括滾輪和滾輪支架，軌道I上設有滑動裝置I，滑動 裝置I包括滾輪支架π和滾輪，軌道m上設有滑動裝置m，滑動裝置m包括滾輪支架m和滾 輪，滾輪支架π與滾輪支架m固定連接;軌道π上設有滑動裝置π，滑動裝置π包括滾輪支 架I和滾輪，軌道I的端部與滾輪支架I固定連接。
[0008] 作為優選地，萬向底座包括轉軸I和轉軸π，轉軸I和轉軸π的中部位置固定連接 在一起，轉軸I兩端連接在軸承座上，軸承座固定安裝在底板上，底板的四個角設有安裝孔， 轉軸π兩端連接在掛耳上，掛耳上端與軌道m底端連接。
[0009] 作為優選地，軌道ΙΠ 的側面設有標尺。
[0010] 作為優選地，軌道Π 兩端設有橫梁，橫梁將兩根平行設置的軌道Π 連接在一起。
[0011] 作為優選地，所述的彈力裝置為拉力彈簧。
[0012] -種適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置的使用方法，包括以下步驟：
[0013] 第一步:將測試裝置安裝在水池拖車上；
[0014] 第二步:將測試裝置的軌道m下端的萬向底座固定在船模重心兩側；
[0015] 第三步:對將要測試軌道m升沉信號的傳感器標定、清零；
[0016] 第四步:制造波浪，利用傳感器采集兩根軌道m的升沉信號，通過測量可以得到艉 艏兩根軌道m距船模重心處的距離，進而可以得到船體重心處的升沉和縱搖。
[0017] 本發明的有益效果是：
[0018] 本發明集限制偏航和測量船模運動數據于一身，能適應于不同浪向的自航船模試 驗，使得測試方法更加精簡，試驗數據的精度也更高。
【附圖說明】
[0019] 圖1是船模與測試裝置連接狀態的結構示意圖；
[0020]圖2是船模俯視示意圖；
[0021]圖3是萬向底座結構示意圖；
[0022]圖4是圖3的部分拆解不意圖；
[0023]圖5是本發明在實施例二中的俯視不意圖；
[0024]圖6是本發明在實施例二中的左視示意圖；
[0025]圖7是兩滑軌的連接部位示意圖。
[0026]圖中：1軌道I 2軌道Π 3軌道ΙΠ 4滑塊I 5滑塊Π 6橫梁7彈力裝置8船模9木 質支座10標尺11上連接板12下連接板13轉軸I 14轉軸Π 15軸承座16掛耳17底板18 鍵19滾輪支架I 20滾輪支架Π 21大滾輪22小滾輪23萬向底座。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0028] 實施例一
[0029] 所述的適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置，包括軌道II、軌道Π 2、軌道ΙΠ3、 萬向底座23和彈力裝置7，萬向底座23設置在軌道ΙΠ 3底端，軌道ΙΠ 3平行設置有兩根，軌道 Π 2平行設置有兩根，軌道Il和軌道Π 2垂直且在同一平面內，軌道ΙΠ3與軌道Il和軌道Π 2 所在平面垂直，軌道m3通過滑動裝置與軌道II連接，兩根軌道m3均位于軌道II的同一側， 軌道Il的兩端通過滑動裝置與兩根軌道Π 2連接，軌道Il端部的兩側分別設有彈力裝置7， 彈力裝置7-端與軌道11端部連接，另一端與軌道Π 2連接。
[0030] 如圖1所示，滑動裝置為滑塊，軌道Π 2上設有滑塊Π5,軌道Il的兩端與滑塊Π5固 定連接，這樣就實現了軌道Il沿著軌道Π2滑動;軌道Il上設有滑塊14,軌道ΙΠ3上設有滑塊 14,軌道Il和軌道m3上的兩個滑塊14固定連接或為一體式結構，以此實現軌道m3既能沿 著軌道Il左右滑動，又能上下滑動。
[0031] 如圖3和圖4所示，萬向底座23包括轉軸113和轉軸Π 14,轉軸113和轉軸Π 14的中 部位置固定連接在一起，轉軸Π 14穿過轉軸113并用鍵18固定。轉軸113兩端連接在軸承座 15上，軸承座15固定安裝在底板17上，底板17的四個角設有安裝孔，轉軸Π 14兩端連接在掛 耳16的軸承座內上，掛耳16上端與軌道m3底端連接。也可以在軌道m3下方設有轉動裝置， 轉動裝置包括上連接板11和下連接板12,上連接板11和下連接板12之間通過軸連接在一 起，下連接板12可以轉動，掛耳16連接在下連接板12上，上連接板11與軌道ΙΠ 3下端固定連 接。
[0032] 如圖3所示，軌道ΙΠ 3側面設有標尺10,標尺10能夠方便工作人員對傳感器進行標 定。如圖1所示，為了使兩根軌道Π 2與軌道Il組成的結構更加穩定，在軌道Π 2兩端設有橫 梁6，橫梁6將兩根軌道Π 2連接在一起。
[0033] 上述裝置，在自航船模試驗中，軌道II、軌道Π 2和軌道m3保證了船體的三個線自 由度(即縱蕩、橫蕩和升沉），兩軌道m3的萬向底座保證了船體的三個角自由度(即橫搖、縱 搖和艏搖）。
[0034] -種適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置的使用方法，包括以下步驟：
[0035] 第一步:將測試裝置安裝在水池拖車上，如圖1所示，即將橫梁6固定安裝在水池拖 車上，使得裝置能隨拖車一同運動；
[0036] 第二步:將測試裝置的軌道m3下端的萬向底座23固定在船模8重心兩側，如圖2所 示，即將萬向底座23用螺釘固定在船模8中軸線重心前后的木質支座9上，兩根軌道ΙΠ 3底端 的兩個萬向底座23安裝后需要保證船體能夠前后左右轉動（即保證船的橫搖和縱搖）； [0037]第三步:對將要測試軌道ΙΠ 3升沉信號的傳感器標定、清零；
[0038] 第四步:試驗過程中，一般只關注船體的升沉和縱搖信號，制造波浪，使船模運動， 利用傳感器采集兩根軌道ΙΠ 3的升沉信號出和出，通過測量可以得到艉艏兩根軌道ΙΠ 3距船 模8重心處的距離LjPL2,進而可以得到船體重心處的升沉和縱搖，具體公式如下：
[0039] 重心處升沉
[0040] 重心處縱搖
[0041] 本發明使用時，還可以插值得到船艏任意位置的升沉和縱搖，得到砰擊測試點處 的船-波相對運動，進而算出船-波垂向相對速度，該裝置具有重要的實際應用價值，能夠為 各類船型及海洋平臺進行斜浪試驗。
[0042]在進行任意浪向的自航船模試驗過程中，彈力裝置的設置起到了限制船模艏搖的 作用，此結構也主要限制了船模的偏航，兩根軌道m3的設置，也一定程度上限制了船模艏 搖。彈力裝置可以為拉力彈簧，也可以為帶有彈力的繩。優選地，其一端與軌道Π 2固定，另 一端與滑塊Π 5連接，軌道I的兩端處于軌道Π 中間。兩側的軌道Π 2上分別設有兩根彈力裝 置，軌道Il處于初始位置時，彈力裝置處于放松狀態，不對軌道Il產生任何力，當船產生偏 航時，滑塊Π 5向軌道Π 2-側移動，這樣彈力裝置一側產生拉力，一側產生推力，兩根軌道 Π 2上的彈力裝置均處于這種狀態，以此實現限制船模偏航。本發明的軌道形狀尺寸可以根 據需求設計，并不局限于圖中所示形式。
[0043] 實施例二
[0044]本實施例中，與實施例一的區別在于，實施例一中軌道之間的相對滑動是通過滑 塊，即通過滑動摩擦的方式，本實施例中，軌道之間的滑動是通過滾輪，即通過滾動摩擦的 方式。當軌道寬度尺寸較大，滑塊與軌道之間的接觸面增大時，這種滑塊的連接方式就會影 響試驗精度，變滑動摩擦為滾動摩擦，可以很好地解決上述問題。
[0045] 如圖5至圖7所示，為一種較優的實施方式，軌道Il上設有滑動裝置I，滑動裝置I包 括滾輪支架Π 20和滾輪，軌道m3上設有滑動裝置m，滑動裝置m包括滾輪支架m和滾輪， 滾輪支架π 20與滾輪支架m固定連接;軌道π 2上設有滑動裝置π，滑動裝置π包括滾輪支 架119和滾輪，軌道11的端部與滾輪支架I固定連接。
[0046] 從圖5和圖6中可以看出，其在軌道Π 上下左右（參考圖5的位置)一共設有八個大 滾輪21，這幾個滾輪靠滾輪支架119連接在一起，將其固定在軌道Π 上，實現滾動摩擦。如圖 7所示，軌道I較寬，真正起到軌道作用的部位為圖中的上部和下部，在軌道I的上下前后一 共設有個12個大滾輪21，靠滾輪支架Π 20連接在一起，將其固定在軌道Π 上，實現滾動摩 擦。在滾輪支架π 20上下兩端，焊接有滑動裝置m的滾輪支架m，滑動裝置m包括四個小滾 輪22,四個小滾輪22靠滾輪支架m連接在一起，組成一個滾動的導軌，套在軌道m3上，實現 滾動摩擦，為了使得結構更加穩定，在滾輪支架Π 20中部連接有兩個大滾輪21，夾著軌道m 3,實現滾動摩擦。
[0047] 其余與實施例一相同。
[0048] 當然，上述內容僅為本發明的較佳實施例，不能被認為用于限定對發明的實施例 范圍。本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質范圍內 所做出的均等變化與改進等，均應歸屬于本發明專利涵蓋范圍。
【主權項】
1. 一種適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置，其特征在于：包括軌道1(1)、軌道π (2) 、軌道m(3)、萬向底座（23)和彈力裝置(7)，萬向底座（23)設置在軌道m(3)底端，軌道 ΠΚ3)平行設置有兩根，軌道Π (2)平行設置有兩根，軌道1(1)和軌道Π (2)垂直且在同一平 面內，軌道m(3)與軌道?α)和軌道π (2)所在平面垂直，軌道m(3)通過滑動裝置與軌道I (1) 連接，軌道1(1)的兩端通過滑動裝置與兩根軌道Π (2)連接，軌道1(1)端部的兩側分別 設有彈力裝置(7)，彈力裝置(7)-端與軌道1(1)端部連接，另一端與軌道Π (2)連接。2. 根據權利要求1所述的適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置，其特征在于:所述的 滑動裝置包括滑塊，軌道Π (2)上設有滑塊Π (5)，軌道1(1)的兩端與滑塊Π (5)固定連接， 軌道1(1)上設有滑塊1(4)，軌道m(3)上設有滑塊1(4)，軌道1(1)和軌道m(3)上的兩個滑 塊1(4)固定連接或為一體式結構。3. 根據權利要求1所述的適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置，其特征在于:所述的 滑動裝置包括滾輪和滾輪支架，軌道I (1)上設有滑動裝置I，滑動裝置I包括滾輪支架Π (20)和滾輪，軌道m (3)上設有滑動裝置m，滑動裝置m包括滾輪支架m和滾輪，滾輪支架 π (20)與滾輪支架m固定連接;軌道π (2)上設有滑動裝置π，滑動裝置π包括滾輪支架I (19)和滾輪，軌道I (1)的端部與滾輪支架I固定連接。4. 根據權利要求1所述的適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置，其特征在于:萬向底 座（23)包括轉軸1(13)和轉軸Π (14)，轉軸1(13)和轉軸Π ( 14)的中部位置固定連接在一 起，轉軸1(13)兩端連接在軸承座（15)上，軸承座（15)固定安裝在底板（17)上，底板（17)的 四個角設有安裝孔，轉軸Π (14)兩端連接在掛耳（16)上，掛耳（16)上端與軌道ΙΠ (3)底端連 接。5. 根據權利要求1所述的適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置，其特征在于:軌道m (3) 的側面設有標尺(10)。6. 根據權利要求1所述的適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置，其特征在于:軌道Π (2) 兩端設有橫梁(6)，橫梁(6)將兩根平行設置的軌道Π (2)連接在一起。7. 根據權利要求1所述的適用任意浪向的自航船模試驗測試裝置，其特征在于:所述的 彈力裝置(7)為拉力彈簧。8. -種上述權利要求1-7中任一權利要求所述的適用任意浪向的自航船模試驗測試裝 置的使用方法，其特征在于:包括以下步驟， 第一步:將測試裝置安裝在水池拖車上； 第二步:將測試裝置的軌道ΠΚ3)下端的萬向底座(23)固定在船模(8)重心兩側； 第三步:對將要測試軌道ΠΚ3)升沉信號的傳感器標定、清零； 第四步：制造波浪，利用傳感器采集兩根軌道ΙΠ (3)的升沉信號，通過測量可以得到艉 艏兩根軌道m(3)距船模(8)重心處的距離，進而可以得到船體重心處的升沉和縱搖。
【文檔編號】G01M10/00GK105841918SQ201610158079
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發明人】陳占陽
【申請人】哈爾濱工業大學（威海）