船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，包括與拖車固接的中間座，升沉桿穿過中間座并可上下滑動，升沉桿下端與底板固接，底板上裝有直線位移傳感器，底板上端與鋼絲繩連接，鋼絲繩另一端繞過滑輪后與配重桿連接，配重桿在導(dǎo)向座內(nèi)滑動，配重桿上設(shè)有配重；底板下端通過連接桿與四分量測力傳感器固接，四分量測力傳感器與縱搖座固接，縱搖座可轉(zhuǎn)動設(shè)有縱搖軸，縱搖軸與旋轉(zhuǎn)電位器連接，縱搖軸上固裝有中框，中框兩端分別與橫搖固定座固接，橫搖固定座上裝有橫搖角度盤，橫搖固定座下端固接有連接船模的模型底座。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)船?？v傾角、升沉位移以及船模在縱向、橫向、橫搖、艏搖四個運動方向上的水動力的測量。
【專利說明】船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及拘束船模試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及用來測定船模作圓周運動時的水動 力特性的船模旋臂試驗，尤其涉及旋臂試驗中連接在旋臂拖車和船模之間的用于測量回轉(zhuǎn) 過程中船模升沉位移、縱傾姿態(tài)變化、船模在四個運動方向（包括縱向、橫向、橫搖、艏搖）上 的水動力的測量機構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 拘束模型試驗是目前獲得船舶水動力導(dǎo)數(shù)的應(yīng)用最為廣泛的方法，即用機械的約 束，強迫船模作規(guī)定的運動，如直線運動、回轉(zhuǎn)運動等，在模型試驗時，通過系統(tǒng)地改變船模 的運動參數(shù)，測定作用在船模上的水動力，從而求得各水動力導(dǎo)數(shù)，而水動力導(dǎo)數(shù)是船舶操 作性的重要指標之一。拘束模型試驗中的旋臂試驗是在旋臂水池中進行的，水池中間某立 柱處有一旋臂，船模以一定漂角和舵角安裝在旋臂下方拖車上，試驗時，旋臂以一定的角 速度運動，強迫船模按一定回轉(zhuǎn)半徑、一定的漂角和舵角作定常回轉(zhuǎn)運動，用多分力測力 傳感器可以測量作用在船模上的水動力。獲取船模操縱性水動力后，通過回歸分析可以獲 得該船操縱運動數(shù)學(xué)模型中的水動力系數(shù)，結(jié)合船舶運動方程可以預(yù)報該船的操縱性能。
[0003] 當船舶在高傅汝德數(shù)(又稱弗勞德數(shù)、弗氏數(shù)或傅氏數(shù)）下自由航行時，會產(chǎn)生明 顯的升沉運動以及縱搖運動，一般情況，當傅汝德數(shù)大于0. 24時，由于航行時船體下沉、縱 傾和航行興波的影響，船舶所受的水動力會發(fā)生變化，因此，為了模擬船舶在高傅汝德數(shù)下 運動時的姿態(tài)變化情況，以準確獲取船舶的操縱性水動力，需要設(shè)計高傅汝德數(shù)航行時的 船模操縱性旋臂試驗裝置。而高傅汝德數(shù)航行時的船模旋臂試驗除了需要船模常規(guī)帶艏搖 角運動，還需要船模能在垂向及縱搖方向是自由運動的，同時能還要進行變橫傾水動力試 驗，目前還沒有這種船模操縱性旋臂試驗的測量裝置，并且由于船模內(nèi)部控制及旋臂水池 的安裝條件有限，需要該旋臂試驗測量裝置不易過大，這加大了旋臂試驗測量裝置的設(shè)計 難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本 申請人:針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點進行改進，提供一種船模旋臂試驗中的測量 機構(gòu)，其能夠?qū)崿F(xiàn)船?？v傾角、升沉位移以及船模在縱向、橫向、橫搖、艏搖四個運動方向上 的水動力的測量，能夠滿足旋臂水池試驗要求。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，包括與拖車固接的中間座，升沉桿穿過中間座并可上下 滑動，升沉桿的下端與底板固接，底板上裝有直線位移傳感器，底板上端與鋼絲繩連接，鋼 絲繩另一端繞過滑輪后與配重桿連接，配重桿套設(shè)在導(dǎo)向座內(nèi)，配重桿的下端固設(shè)有托盤， 托盤用于放置配重，滑輪通過軸承裝置裝在安裝座上，導(dǎo)向座與安裝座固接；底板下端與連 接桿連接，連接桿與四分量測力傳感器固接，四分量測力傳感器另一端與縱搖座固接，縱搖 座上通過軸承裝置裝有縱搖軸，縱搖軸一端與旋轉(zhuǎn)電位器連接，縱搖軸上固裝有中框，中框 的兩端分別與橫搖固定座固接，橫搖固定座上固接有橫搖角度盤，橫搖固定座下端固接有 模型底座，模型底座與船模連接。
[0006] 其進一步技術(shù)方案為： 至少兩根升沉桿穿過中間座并可沿中間座上下滑動，多跟升沉桿對稱設(shè)在鋼絲繩的兩 側(cè)。
[0007] 所述升沉桿的外周套接有軸承套一，升沉桿的外周與軸承套一的內(nèi)周面之間設(shè)有 直線軸承一，軸承套一固接在中間座上。
[0008] 所述配重桿的外周套接有軸承套二，配重桿的外周與軸承套二的內(nèi)周面之間設(shè)有 直線軸承二，軸承套二固接在導(dǎo)向座上。
[0009] 所述升沉桿的上端固接有限位套。
[0010] 所述縱搖座開有開口向上的U形槽，所述U形槽的兩側(cè)壁上通過軸承及軸承蓋分 別裝有一根縱搖軸，其中一根縱搖軸通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)電位器的伸出軸連接，中框的兩側(cè) 壁分別固裝在兩根縱搖軸上。
[0011] 所述中框的側(cè)壁一端與縱搖軸的軸肩抵接，另一端通過鎖緊螺母鎖緊在縱搖軸 上。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)效果： 本發(fā)明所述測量機構(gòu)中船模在垂向及縱搖方向是自由運動的，同時還能進行變橫傾水 動力試驗，通過多分量測力傳感器的設(shè)置，能夠準確獲取船舶的操縱性水動力，尤其是船舶 在高傅汝德數(shù)航行時的船模操縱性水動力，同時通過縱搖方向上測量裝置及垂向上測量裝 置的設(shè)置，能夠?qū)ΥＴ诨剞D(zhuǎn)運動過程中的升沉位移及縱傾角進行測量；本發(fā)明在進行水 動力性能的測量過程中采用了隨動式重量平衡機構(gòu)的設(shè)置，克服了升沉桿、直線位移傳感 器、縱搖座等測量部件的自身重量對升沉位移測量產(chǎn)生的影響，且配重的位移采用了直線 軸承導(dǎo)向，試驗過程中不會隨拖車高速運動而晃動，從而提高了測量的穩(wěn)定性；本發(fā)明所述 測量機構(gòu)連接在旋臂拖車及被測船模之間，整個測量機構(gòu)結(jié)構(gòu)小巧，能夠滿足旋臂水池的 試驗要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為圖1的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3為圖1中A-A剖視圖。
[0016] 其中：1、直線位移傳感器；2、中間座；3、升沉桿；4、底板；5、鋼絲繩；6、滑輪；7、配 重桿；8、導(dǎo)向座；9、托盤；10、配重；11、安裝座；12、連接桿；13、四分量測力傳感器；14、縱 搖座；15、縱搖軸；16、旋轉(zhuǎn)電位器；17、中框；18、橫搖固定座；19、橫搖角度盤；20、模型底 座；21、軸承套一；22、直線軸承一；23、軸承套二；24、直線軸承二；25、限位套；26、軸承及 軸承蓋；27、聯(lián)軸器；28、鎖緊螺母；29、拖車轉(zhuǎn)盤；30、防撞墊；31、安裝支座。

【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0018] 見圖1、圖2、圖3,本發(fā)明包括與旋臂拖車固接的中間座2,具體地，中間座2與拖 車轉(zhuǎn)盤29固接，升沉桿3穿過中間座2并可沿中間座2上下滑動，升沉桿3的下端與底板 4固接，底板4上裝有直線位移傳感器1，底板4上端通過吊鉤及耳環(huán)組件與鋼絲繩5連接， 鋼絲繩5另一端繞過滑輪6后，通過吊鉤及耳環(huán)組件與配重桿7連接，配重桿7套設(shè)在導(dǎo)向 座8內(nèi)，配重桿7的下端固設(shè)有托盤9,托盤9用于放置配重10,至少兩個滑輪6通過軸承 裝置裝在安裝座11上，導(dǎo)向座8與安裝座11固接，鋼絲繩5 -側(cè)的配重10用于平衡鋼絲 繩5另一側(cè)的升沉桿3以及隨升沉桿3 -起升降運動的測量裝置的重量；底板4下端與連 接桿12固接，連接桿12與四分量測力傳感器13固接，四分量測力傳感器13另一端與縱搖 座14固接，縱搖座14上通過軸承裝置裝有縱搖軸15,縱搖軸15 -端與旋轉(zhuǎn)電位器16連 接，縱搖軸15上固裝有中框17,中框17的兩端分別與橫搖固定座18固接，橫搖固定座18 上固接有橫搖角度盤19,橫搖固定座18下端固接有模型底座20,模型底座20用來連接船 模，橫搖角度盤19用來調(diào)節(jié)船模的橫傾角。
[0019] 為了使整個測量裝機構(gòu)結(jié)構(gòu)平衡，至少兩根升沉桿3穿過中間座2并可沿中間座 2上下滑動，多跟升沉桿3對稱設(shè)在鋼絲繩5的兩側(cè)。
[0020] 進一步地，為了提高對升沉桿及配重桿升沉運動的導(dǎo)向精度，升沉桿3的外周套 接有軸承套一 21，升沉桿3的外周與軸承套一 21的內(nèi)周面之間設(shè)有直線軸承一 22,軸承套 一 21固接在中間座2上，配重桿7的外周套接有軸承套二23,配重桿7的外周與軸承套二 23的內(nèi)周面之間設(shè)有直線軸承二24,軸承套二23固接在導(dǎo)向座8上；升沉桿3的上端固接 有限位套25,用于升沉桿3升降運動的限位，同時，在限位套25上裝有防撞墊30。
[0021] 具體地，縱搖座14開有開口向上的U形槽，所述U形槽的兩側(cè)壁上通過軸承及軸 承蓋26分別裝有一根縱搖軸15,其中一根縱搖軸15通過聯(lián)軸器27與旋轉(zhuǎn)電位器16的伸 出軸連接，旋轉(zhuǎn)電位器16通過安裝支座31與縱搖座14固接，中框17的兩側(cè)壁分別固裝在 兩根縱搖軸15上；中框17的側(cè)壁一端與縱搖軸15的軸肩抵接，另一端通過鎖緊螺母28鎖 緊在縱搖軸15上。
[0022] 為了減輕整個測量機構(gòu)的重量，中間座2及底板4為多孔板，通過在中間座3及底 板4上多個孔的設(shè)置，減小機構(gòu)的重量。
[0023] 本發(fā)明的運行方式如下： 測量前，將船模(也可以是其他類型的水面模型）與模型底座20固接，且二者固定的 位置盡可能靠近被測模型的重心位置，確保被測模型的航向與旋臂水池拖車的前進方向一 致，安裝座11與旋臂下方拖車固定連接，配重10的重量根據(jù)升沉桿3以及固裝在升沉桿3 下端的測量裝置(包括底板4、連接桿12、四分量測力傳感器13、直線位移傳感器1、縱搖軸 15、旋旋電位器16、橫搖角度盤19及用于安裝連接上述部件的縱搖座14、橫搖固定座18、模 型底座20、安裝支座31)的重量總和而定。調(diào)節(jié)中框17與橫搖角度盤19的固定位置，使被 測船模調(diào)節(jié)至所需橫傾角。
[0024] 試驗開始后，旋臂水池中的旋臂帶動拖車回轉(zhuǎn)運動，拖車帶動中間座2回轉(zhuǎn)運動， 由于升沉桿3的中間連接作用，中間座2帶動底板4做回轉(zhuǎn)運動，由此帶動與底板4連接為 一體的縱搖測量機構(gòu)、橫搖測量機構(gòu)以及船模一起做回轉(zhuǎn)運動，通過利用安裝在連接桿12 和縱搖座14上的四分量測力傳感器13,測定在該回轉(zhuǎn)角速度下作用在被測船模上的四自 由度操縱性水動力，即縱向力、橫向力、橫滾力矩、艏搖力矩，通過回轉(zhuǎn)角速度的改變，可以 測定被測模型在不同回轉(zhuǎn)角速度下的四自由度操縱性水動力；在運動過程中，當被測船模 發(fā)生升沉變化，被測船模帶動升沉桿3上下移動，由底板4上的直線位移傳感器1測定被測 船模的升沉位移；當被測船模發(fā)生縱傾時，船模帶動中框17縱搖運動，繼而帶動與中框17 固接的縱搖軸15轉(zhuǎn)動，在聯(lián)軸器27的傳遞作用下，旋轉(zhuǎn)電位器16的電阻發(fā)生變化，由數(shù)據(jù) 采集與分析處理控制系統(tǒng)采集旋轉(zhuǎn)電位器16的電阻變化，從而測得被測船模的縱傾角度。
[0025] 通過改變橫傾角，可以測定不同橫傾角下作用在船模上的四自由度操縱性水動 力、升沉位移及縱傾角，本發(fā)明在進行水動力性能的測量過程中采用了隨動式重量平衡結(jié) 構(gòu)，克服了升沉桿、直線位移傳感器1、縱搖座14等測量部件的自身重量對升沉位移測量產(chǎn) 生的影響，提高了測量的精度及測量的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述測量機構(gòu)連接在旋臂拖車及被 測船模之間，整個測量機構(gòu)結(jié)構(gòu)小巧，能夠滿足旋臂水池的試驗要求。
[0026] 以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權(quán)利 要求，在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，可以作任何形式的修改。
【權(quán)利要求】
1. 船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，其特征在于：包括與拖車固接的中間座（2)，升沉桿 (3)穿過中間座（2)并可上下滑動，升沉桿（3)的下端與底板（4)固接，底板（4)上裝有直線 位移傳感器（1)，底板（4)上端與鋼絲繩（5)連接，鋼絲繩（5)另一端繞過滑輪（6)后與配重 桿（7)連接，配重桿（7)套設(shè)在導(dǎo)向座（8)內(nèi)，配重桿（7)的下端固設(shè)有托盤（9)，托盤（9)用 于放置配重（10)，滑輪（6)通過軸承裝置裝在安裝座（11)上，導(dǎo)向座（8)與安裝座（11)固 接；底板（4)下端與連接桿（12)連接，連接桿（12)與四分量測力傳感器（13)固接，四分量測 力傳感器（13)另一端與縱搖座（14)固接，縱搖座（14)上通過軸承裝置裝有縱搖軸（15)，縱 搖軸（15) -端與旋轉(zhuǎn)電位器（16)連接，縱搖軸（15)上固裝有中框（17)，中框（17)的兩端 分別與橫搖固定座（18)固接，橫搖固定座（18)上固接有橫搖角度盤（19)，橫搖固定座（18) 下端固接有模型底座（20 )，模型底座（20 )與船模連接。
2. 按權(quán)利要求1所述的船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，其特征在于：至少兩根升沉桿（3) 穿過中間座（2)并可沿中間座（2)上下滑動，多跟升沉桿（3)對稱設(shè)在鋼絲繩（5)的兩側(cè)。
3. 按權(quán)利要求1所述的船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，其特征在于：所述升沉桿（3)的外 周套接有軸承套一（21)，升沉桿（3)的外周與軸承套一（21)的內(nèi)周面之間設(shè)有直線軸承一 (22)，軸承套一（21)固接在中間座（2)上。
4. 按權(quán)利要求1所述的船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，其特征在于：所述配重桿（7)的外 周套接有軸承套二（23)，配重桿（7)的外周與軸承套二（23)的內(nèi)周面之間設(shè)有直線軸承二 (24)，軸承套二（23)固接在導(dǎo)向座（8)上。
5. 按權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，其特征在于： 所述升沉桿（3)的上端固接有限位套（25)。
6. 按權(quán)利要求1所述的船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，其特征在于：所述縱搖座（14)開 有開口向上的U形槽，所述U形槽的兩側(cè)壁上通過軸承及軸承蓋（26)分別裝有一根縱搖軸 (15)，其中一根縱搖軸（15)通過聯(lián)軸器（27)與旋轉(zhuǎn)電位器（16)的伸出軸連接，中框（17) 的兩側(cè)壁分別固裝在兩根縱搖軸（15)上。
7. 按權(quán)利要求6所述的船模旋臂試驗中的測量機構(gòu)，其特征在于：所述中框（17)的側(cè) 壁一端與縱搖軸（15)的軸肩抵接，另一端通過鎖緊螺母（28)鎖緊在縱搖軸（15)上。
【文檔編號】G01M10/00GK104062092SQ201410324910
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】趙橋生, 馮駿, 吳寶山, 杜茉, 王英杰 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所