多角度物體入水和興波運動實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船舶與海洋工程實驗領(lǐng)域的實驗裝置，尤其涉及一種多角度物體入水和興波運動實驗裝置，主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)物入水實驗和興波運動實驗的研究。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，中國提出了“一路一帶”、“21世紀海上絲綢之路”等國家未來發(fā)展戰(zhàn)略，船舶和海洋工程領(lǐng)域得到了極大的重視。結(jié)構(gòu)入水問題和興波運動問題是船舶和海洋工程領(lǐng)域的研究熱點。結(jié)構(gòu)物入水問題在海洋平臺和船舶入水砰擊，水上飛機海上起降、導(dǎo)彈魚雷入水等方面具有重要的工程價值。結(jié)構(gòu)物入水根據(jù)入水速度可以分為高速入水和低速入水。結(jié)構(gòu)物入水問題是一個復(fù)雜的問題，在結(jié)構(gòu)物以一定速度撞擊水面或由空氣進入水中的過程，涉及到了固、液、氣相互耦合作用等一系列復(fù)雜的物理問題。結(jié)構(gòu)物入水的角度和速度，結(jié)構(gòu)物頭部的形狀，結(jié)構(gòu)物的材料特性等都會對入水問題有重要的影響。興波運動問題在船型優(yōu)化設(shè)計中有很重要的影響，船舶靜水阻力主要由粘性阻力和興波阻力組成，而在一定的Froude數(shù)范圍內(nèi)，興波阻力對船型的變化比較敏感，如果能夠適當(dāng)修改船型，有可能使船舶的興波阻力明顯降低，從而降低船舶的總阻力。
[0003]在已有的入水實驗技術(shù)中，專利申請?zhí)枮镃N201410287171，授權(quán)公告號為CN104101478A的專利“一種結(jié)構(gòu)物入水實驗發(fā)射裝置”，通過彈筒和法蘭調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)入水的速度和角度。專利申請?zhí)枮?01510106458.X，授權(quán)公告號為CN104697737A的專利“一種海洋結(jié)構(gòu)物入水砰擊實驗裝置”，通過拋載系統(tǒng)和電磁鐵實現(xiàn)對物體的入水控制。
[0004]在結(jié)構(gòu)物入水實驗中，結(jié)構(gòu)物的入水時的角度和速度兩個關(guān)鍵點。現(xiàn)有的入水實驗裝置存在許多不足:
[0005](1)對于結(jié)構(gòu)物入水角度的調(diào)節(jié)沒有考慮或者角度控制方式過于簡單，導(dǎo)致測量結(jié)果存在誤差，數(shù)據(jù)的精度難以保證，不能達成預(yù)期的實驗效果；
[0006](2)對于結(jié)構(gòu)物入水方式的實現(xiàn)過于單一，不能綜合實現(xiàn)自由入水、強迫入水(勻速和變速)等多種入水方式，提高了實驗成本；
[0007](3)實驗裝置功能過于單一，只能進行單一的入水實驗，對于其他類型的實驗沒有適用性，實驗裝置利用率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)入水方式多樣化，入水角度、入水速度可控且，同時適用于模型不同浸水深度時的水面和水下興波實驗而提供一種多角度物體入水和興波運動實驗裝置。
[0009]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:包括實驗水槽、驅(qū)動系統(tǒng)支撐架、水平實驗臺和垂直實驗臺，所述驅(qū)動系統(tǒng)支撐架包括相互連接的支撐架框架和三角支撐件，所述三角支撐件上設(shè)置有系統(tǒng)配重，所述支撐框架的兩個豎直段對稱設(shè)置有兩根垂直導(dǎo)軌，在兩根豎直導(dǎo)軌的下端的支撐架框架上還分別設(shè)置有緩沖墊所述垂直實驗臺包括安裝在支撐架框架上的垂直實驗臺框架、安裝在垂直實驗臺框架上的滾珠絲杠伺服電機、與滾珠絲杠伺服電機輸出端連接的滾珠絲杠和安裝在滾珠絲杠上的絲杠套筒，且所述滾珠絲杠的兩端通過兩個U型支撐架設(shè)置在支撐架框架的兩個豎直段之間，所述水平實驗臺包括安裝在兩根垂直導(dǎo)軌上的可移動是水平實驗臺框架、對稱設(shè)置在水平實驗臺框架兩側(cè)的兩根水平滑軌、安裝在水平實驗臺框架上的齒輪齒條伺服電機、安裝在齒輪齒條伺服電機輸出軸上的齒輪、安裝在第一水平滑軌上的齒條、與齒條的無齒端固連的水平移動臺和安裝在水平移動臺中間下方位置的實驗?zāi)Ｐ瓦B接板，所述齒輪與齒條嚙合且齒條可沿著第一水平滑軌移動，所述水平移動平臺的端部安裝在第二水平滑軌上并能沿著第二水平滑軌移動，所述水平實驗臺框架上還安裝有連接方管，連接方管通過連接角鐵與絲杠套筒固連，所述實驗?zāi)Ｐ瓦B接板的中心上設(shè)置有實驗?zāi)Ｐ瓦B接桿，所述實驗?zāi)Ｐ瓦B接板上還設(shè)置有電磁體，實驗?zāi)Ｐ桶惭b在電磁鐵上，所述實驗水槽設(shè)置在水平實驗臺框架的下方。
[0010]本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征:
[0011]1.所述支撐架框架的豎直段設(shè)置有用來限制水平實驗臺豎直運動行程兩個垂直限位器和兩個垂直位置傳感器，所述水平實驗臺框架上設(shè)置有用來限制水平移動平臺行程的兩個水平限位器和兩個水平位移傳感器。
[0012]2.還包括計算機設(shè)備、動力柜和高速攝影系統(tǒng)，所述滾珠絲杠伺服電機、齒輪齒條伺服電機分別通過電纜與動力柜連接，動力柜通過電纜與計算機設(shè)備連接。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可以精確調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)物入水時的角度，滿足可變角度的斜入水實驗；能夠?qū)崿F(xiàn)物體自由入水、強迫入水(勻速和變速)，可以更好的滿足實驗對于結(jié)構(gòu)物不同入水方式模擬的要求，具有良好的實用性；能夠?qū)Y(jié)構(gòu)物入水過程中產(chǎn)生的空化現(xiàn)象運用實驗手段進行觀測，豐富了入水實驗的內(nèi)容，提高的實驗的效率；由于系統(tǒng)的水平運動與垂直運動可以獨立控制，所以能夠?qū)崿F(xiàn)模型不同浸水深度時的水面和水下興波實驗，提高了實驗裝置的適用性和利用率。本發(fā)明可通過分別控制水平實驗臺和垂直實驗架的速度值可以實現(xiàn)斜入水、變速入水和興波運動實驗，具有實驗手段多樣、結(jié)果精確度高、裝置利用率高、設(shè)備適應(yīng)性高等特點。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明去除實驗水槽等的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)支撐架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明的垂直實驗臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明的水平實驗臺的結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0019]圖6是本發(fā)明的水平實驗臺的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
[0020]圖7是本發(fā)明的角度連接器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中:1.實驗水槽，2.驅(qū)動系統(tǒng)，3.計算機設(shè)備，4.動力柜，5.高速攝影系統(tǒng)，6.驅(qū)動系統(tǒng)支撐架，7.垂直實驗臺，8.水平實驗臺，9.支撐架框架，10.系統(tǒng)配重，11.垂直滑軌，12.垂直限位器，13.垂直位置傳感器，14.U型支撐s架，15.垂直實驗臺框架，16.絲杠套筒，17.滾珠絲杠，18.絲杠聯(lián)軸器，19.滾珠絲杠伺服電機，20.水平實驗臺框架，21.水平位置傳感器，22.水平限位器，23.水平移動臺，24.水平滑軌，25.實驗?zāi)Ｐ瓦B接桿，26.齒輪齒條伺服電機，27.連接角鐵，28.連接方管，29.水平齒輪，30.水平齒條，31緩沖墊，32電磁鐵。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0023]結(jié)合圖1至圖7，本發(fā)明包括實驗水槽1、驅(qū)動系統(tǒng)2、動力柜4、計算機設(shè)備3和高速攝影系統(tǒng)5。
[0024]實驗水槽1由角鋼焊接構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)，槽體的側(cè)壁和底部用玻璃膠粘接雙層透明亞克力材料，水槽靠近驅(qū)動系統(tǒng)2 —側(cè)安裝遮光板；驅(qū)動系統(tǒng)2由系統(tǒng)支撐架6，垂直實驗臺7和水平實驗架8三部分組成；動力柜4中安裝有滾珠絲杠伺服電機19和齒輪齒條伺服電機26的驅(qū)動控制設(shè)備，并通過電纜分布連接伺服電機和計算機設(shè)備3 ;計算機設(shè)備3安裝有伺服電機控制軟件，用于對伺服電機運動的控制；高速攝影5系統(tǒng)安置在實驗水槽1的另一側(cè)，對結(jié)構(gòu)物入水過程中產(chǎn)生的空化現(xiàn)象進行觀測。
[0025]如圖3所示:驅(qū)動系統(tǒng)支撐架6的框架結(jié)構(gòu)9由方管材料焊接而成，部分使用角鐵和螺栓螺母加以緊固；系統(tǒng)配重10安置在框架結(jié)構(gòu)9的三角支撐部分；兩根垂直滑軌11對稱安裝在框架結(jié)構(gòu)9的垂直部分上段兩側(cè)，用以連接水平實驗臺8 ;兩個垂直限位器12和兩個垂直位置傳感器13安裝在框架架構(gòu)9的垂直部分同一側(cè)，防止驅(qū)動系統(tǒng)垂直運動超出實驗安全值；兩個緩沖墊31分別安裝的由方管組成的基座上，在系統(tǒng)斷電后支撐水平實驗臺8，減小系統(tǒng)的磨損；一個U型支撐架14安裝在框架結(jié)構(gòu)9的上部，用以支撐滾珠絲杠17。
[0026]如圖4所示:垂直實驗臺7的框架結(jié)構(gòu)15由方管材料焊接而成，并用角鐵、連接片和螺栓螺母安置緊固在驅(qū)動系統(tǒng)支撐架6上；滾珠絲杠伺服電機19安裝在框架結(jié)構(gòu)中，并用聯(lián)軸器18和滾珠絲杠17連接；滾珠絲杠17的上下兩端分別用一個U型支撐架14固定；絲杠套筒16安裝在滾珠絲杠17的頂端，用來和連接角鐵27、連接方管28組成角度連接器，將滾珠絲杠17實現(xiàn)的垂直運動連接到水平實驗臺8上。
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