本發(fā)明涉及船舶實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間序列上對(duì)應(yīng)的船模運(yùn)動(dòng)和受力參數(shù)，方便的應(yīng)用于水動(dòng)力系數(shù)的辨識(shí)。

背景技術(shù)：

船舶在航行過(guò)程中，要能夠按照駕駛者的要求，一方面能方便、穩(wěn)定地保持航向、航速，避免左右偏航，另一方面能迅速改變航向、航速，準(zhǔn)確靈活地執(zhí)行各種機(jī)動(dòng)，避免碰撞事故，這兩個(gè)方面都屬于船舶操縱性的范疇，分別對(duì)應(yīng)于船舶的航行穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性。

近年來(lái)，隨著海洋航運(yùn)及內(nèi)河航運(yùn)的發(fā)展，船舶進(jìn)一步大型化和高速化，同時(shí)船舶航行密度增大，使船舶操縱困難，海損事故增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，船舶的碰撞和觸礁等操縱性方面的因素是導(dǎo)致船舶失事的重要原因。船舶事故不僅造成生命財(cái)產(chǎn)的巨大損失，超級(jí)油輪和化學(xué)運(yùn)輸船失事還會(huì)造成海域大面積污染，引起各國(guó)政府和公眾深切關(guān)注。因此許多國(guó)家的船級(jí)社要求新建造的船舶和進(jìn)入該國(guó)水域的船舶提交詳細(xì)的操縱性計(jì)算書(shū)和實(shí)船試驗(yàn)報(bào)告，對(duì)船舶操縱性提出明確而嚴(yán)格的要求。

要在船舶設(shè)計(jì)階段對(duì)船舶的操縱性進(jìn)行計(jì)算預(yù)報(bào)，事先必須給定船舶的操縱性水動(dòng)力系數(shù)，而通過(guò)船模操縱性水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)來(lái)確定其水動(dòng)力系數(shù)是目前最為準(zhǔn)確的方法。現(xiàn)在用于測(cè)量船舶操縱性水動(dòng)力系數(shù)的試驗(yàn)裝置主要有旋臂水池機(jī)構(gòu)和平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種。

旋臂水池是一種進(jìn)行拘束船模試驗(yàn)的專(zhuān)用水池。在圓形水池中心有一小島，島上裝有一套旋臂裝置，臂的另一端支撐在圓水池壁面的軌道上，船?？梢怨潭ㄔ谛鄣娜我晃恢锰?，當(dāng)旋臂繞小島上的中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)船模在水池中作各種半徑的圓形運(yùn)動(dòng)，船模處于完全拘束狀態(tài)隨旋臂運(yùn)動(dòng)，船模與旋臂的結(jié)合位置處安裝有測(cè)力傳感器，可以測(cè)量船模在任何一種給定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的水動(dòng)力，再經(jīng)過(guò)計(jì)算分析求得船舶的操縱性水動(dòng)力系數(shù)。

平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是另一種為了測(cè)量船模操縱性水動(dòng)力系數(shù)而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)建造的裝置，平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在船模拖曳水池的拖車(chē)上使用。傳統(tǒng)的拖車(chē)只能給船模單一方向的運(yùn)動(dòng)速度，而平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠在原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上疊加另一個(gè)速度分量和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分量，所以拖車(chē)裝上了平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以后，船?？梢宰龀鋈我唤o定的運(yùn)動(dòng)情況。平面運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與船模相連接的地方裝有測(cè)力傳感器，可以測(cè)量船模在各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的受力，根據(jù)受力計(jì)算分析得到船舶的操縱性水動(dòng)力系數(shù)。

綜合來(lái)看，現(xiàn)有的船模操縱性水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，基本的原理就是首先設(shè)計(jì)船模的運(yùn)動(dòng)方案，然后運(yùn)用機(jī)構(gòu)約束船模使之在水池中按照所設(shè)計(jì)的方案運(yùn)動(dòng)起來(lái)，同時(shí)測(cè)量約束狀態(tài)下船體的水動(dòng)力，這類(lèi)“給定運(yùn)動(dòng)-測(cè)量受力”的測(cè)量系統(tǒng)，主要的問(wèn)題是：(1)船模有的自由度受約束、運(yùn)動(dòng)被規(guī)定，與實(shí)際船舶自由航行情況有差異，可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)不真實(shí)，水動(dòng)力不準(zhǔn)確；(2)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)必須要保證很高的船模運(yùn)動(dòng)精度和測(cè)力精度，試驗(yàn)機(jī)構(gòu)復(fù)雜。

針對(duì)目前船模操縱性水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量裝置的主要問(wèn)題，本發(fā)明將現(xiàn)有船模水動(dòng)力測(cè)量裝置的測(cè)量原理從“給定運(yùn)動(dòng)-測(cè)量受力”改為“給定受力-測(cè)量運(yùn)動(dòng)”，并提出了用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的主要是針對(duì)目前的船模水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量系統(tǒng)都是基于“給定運(yùn)動(dòng)-測(cè)量受力”的思路來(lái)設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致船模運(yùn)動(dòng)受約束、水動(dòng)力不準(zhǔn)確、試驗(yàn)機(jī)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，提出了一種基于“給定受力-測(cè)量運(yùn)動(dòng)”思路的用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)由推力系統(tǒng)、測(cè)速系統(tǒng)和測(cè)試平臺(tái)組成，所述推力系統(tǒng)包含測(cè)力器，并安裝在測(cè)試平臺(tái)上，用于驅(qū)使船模在水中運(yùn)動(dòng)并測(cè)量船模的實(shí)時(shí)受力，所述測(cè)速系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測(cè)量船模速度，所述測(cè)試平臺(tái)固定安裝在船模上。

進(jìn)一步地，上述方案中，所述推力系統(tǒng)優(yōu)選為風(fēng)力系統(tǒng)，所述風(fēng)力系統(tǒng)包含至少一套風(fēng)力裝置，所述風(fēng)力裝置包括涵道風(fēng)扇、測(cè)力器和可旋轉(zhuǎn)基座，所述的涵道風(fēng)扇安裝在測(cè)力器上，測(cè)力器安裝在可旋轉(zhuǎn)基座上，涵道風(fēng)扇帶有調(diào)速控制盒，可旋轉(zhuǎn)基座的角度可調(diào)。

所述測(cè)速系統(tǒng)優(yōu)選采用差分GPS測(cè)速系統(tǒng)，所述差分GPS測(cè)速系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站和移動(dòng)天線(xiàn)，所述的差分GPS系統(tǒng)的基準(zhǔn)站固定安裝在地面，所述的差分GPS系統(tǒng)的移動(dòng)天線(xiàn)安裝在測(cè)試平臺(tái)的兩端。

所述的用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)的工作原理為：所述測(cè)量系統(tǒng)可以通過(guò)所述推力系統(tǒng)驅(qū)使船模在試驗(yàn)水池中自由運(yùn)動(dòng)，并實(shí)時(shí)同步測(cè)量船模的運(yùn)動(dòng)速度和船模受力，獲得在時(shí)間序列上準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的船模運(yùn)動(dòng)與受力關(guān)系以用于船模水動(dòng)力系數(shù)的辨識(shí)。

所述的用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量過(guò)程為：當(dāng)采用用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行船模水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)時(shí)，將測(cè)試平臺(tái)固定安裝在船模上，所述推力系統(tǒng)產(chǎn)生推力，推力傳遞到船模上，船模會(huì)產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)加速度和速度、橫向運(yùn)動(dòng)加速度和速度、轉(zhuǎn)首角角速度和角速度，所述推力系統(tǒng)中的測(cè)力器測(cè)量船模的實(shí)時(shí)受力，所述測(cè)速系統(tǒng)測(cè)量船模的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)船模受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的同步高精度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果可以方便地應(yīng)用于船模水動(dòng)力系數(shù)的辨識(shí)。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明將船模水動(dòng)力測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)思想從傳統(tǒng)的“給定運(yùn)動(dòng)-測(cè)量受力”改變?yōu)樾滦偷摹敖o定受力-測(cè)量運(yùn)動(dòng)”，提出了一種新式的用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量裝置。該測(cè)量裝置避免了現(xiàn)有船模水動(dòng)力測(cè)量機(jī)構(gòu)拘束船模運(yùn)動(dòng)、使船模試驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與實(shí)船自由航行狀態(tài)有差異的問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)船模無(wú)約束的真實(shí)運(yùn)動(dòng)。

(2)本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量自由運(yùn)動(dòng)船模的受力特征和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。數(shù)據(jù)記錄不僅能保證從船模運(yùn)動(dòng)的非定常狀態(tài)到定常狀態(tài)全覆蓋，而且能實(shí)現(xiàn)船體受力測(cè)量與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)量在時(shí)間序列上嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，從而可以建立任一狀態(tài)下船體運(yùn)動(dòng)和受力之間確切的關(guān)系式，方便的進(jìn)行船模水動(dòng)力系數(shù)的辨識(shí)。

附圖說(shuō)明

圖1用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量裝置示意圖

其中： 1—涵道風(fēng)扇 2—測(cè)力器 3—可旋轉(zhuǎn)基座

4—差分GPS測(cè)速系統(tǒng) 5—測(cè)試平臺(tái) 6—船模。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明

用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)由推力系統(tǒng)、測(cè)速系統(tǒng)和測(cè)試平臺(tái)組成，所述推力系統(tǒng)包含測(cè)力器，并安裝在測(cè)試平臺(tái)上，用于驅(qū)使船模在水中運(yùn)動(dòng)并測(cè)量船模的實(shí)時(shí)受力，所述測(cè)速系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測(cè)量船模速度，所述測(cè)試平臺(tái)固定安裝在船模上。

如圖1所示，本實(shí)施例中用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)，由涵道風(fēng)扇1、測(cè)力器2、可旋轉(zhuǎn)基座3、差分GPS測(cè)速系統(tǒng)4和測(cè)試平臺(tái)5組成。

所用的涵道風(fēng)扇1安裝在測(cè)力器2上，測(cè)力器2安裝在可旋轉(zhuǎn)基座3上，涵道風(fēng)扇1帶有調(diào)速控制盒，可旋轉(zhuǎn)基座3的角度可調(diào)，涵道風(fēng)扇1、測(cè)力器2和可旋轉(zhuǎn)基座3組成一套風(fēng)力裝置，本實(shí)施例中所述推力系統(tǒng)為風(fēng)力系統(tǒng)，所述風(fēng)力系統(tǒng)包含三套風(fēng)力裝置，所述風(fēng)力系統(tǒng)安裝在測(cè)試平臺(tái)5上。

所用的差分GPS測(cè)速系統(tǒng)4的移動(dòng)天線(xiàn)分別安裝在測(cè)試平臺(tái)5的兩端，差分GPS測(cè)速系統(tǒng)4的基準(zhǔn)站固定安裝在地面。

所述測(cè)試平臺(tái)5固定安裝在水池中的船模6上。

本實(shí)施例中用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量過(guò)程為：當(dāng)采用用于船模水動(dòng)力系數(shù)辨識(shí)的船模速度與受力同步測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行船模水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量試驗(yàn)時(shí)，將測(cè)試平臺(tái)5固定安裝在船模6上，所述涵道風(fēng)扇1按指定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生風(fēng)力，風(fēng)力傳遞到船模上，船模會(huì)產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)加速度和速度、橫向運(yùn)動(dòng)加速度和速度、轉(zhuǎn)首角角速度和角速度，所述風(fēng)力系統(tǒng)中的測(cè)力器2測(cè)量船模的實(shí)時(shí)受力，所述差分GPS測(cè)速系統(tǒng)4測(cè)量船模的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)船模受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的同步高精度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果可以方便地應(yīng)用于船模水動(dòng)力系數(shù)的辨識(shí)。

作為另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述測(cè)速系統(tǒng)還可采用Mark測(cè)速系統(tǒng)，所述Mark測(cè)速系統(tǒng)包括激光發(fā)射器和Mark球，所述激光發(fā)射器安裝在水池邊上，所述Mark球安裝在船模上。

應(yīng)當(dāng)理解，所述優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的任何限制，對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的任何等同替代都應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。