船模水動力性能測試裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種船模水動力性能測試裝置，包括安裝平臺、固定平臺、運動平臺、六分力天平、萬向鉸鏈和六個電動缸；六個電動缸的上、下端分別通過萬向鉸鏈連接固定平臺和運動平臺，六分力天平安裝于三個支點所組成的等邊三角形中心，六分力天平剛性連接試驗船模的重心；固定平臺通過安裝平臺安裝于拖車橫梁上；六電動缸通過伸縮運動使得運動平臺產生不同方向的位移和旋轉，從而模擬船模的橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、縱搖和首搖運動。本發明還提供了利用上述裝置進行船模水動力性能的測試方法。本發明能夠精確模擬船模多個自由度運動，并結合六分力天平，測量出船模在不同試驗狀態時的各種水動力參數，全面地表征船模水動力性能。
【專利說明】船模水動力性能測試裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及船舶性能試驗【技術領域】，具體涉及一種船模水動力性能測試裝置及方 法。
【背景技術】
[0002] 船模水動力性能測試是指利用物理模型方法，確定船模性能研究和船舶設計中所 要求的有關數據及資料的一種手段，它可以對船舶的綜合航行性能進行系統的估算和評 估。通過船模試驗，不僅可以研究新的船型，探討影響船舶航行性能的各種因素，而且可以 對船舶在航行中所發生的物理過程獲得更深刻的理解。它可以促進理論工程進一步發展， 使工程計算中所應用的計算方法不斷的完善，提高理論研究和工程設計能力，改進船舶的 航行性能。因此，世界上造船工業比較發達的國家，無不重視船模試驗池的建設并相應的發 展各種船模水動力性能測試裝置。
[0003] 目前，船模各水動力性能的測試采用的是不同的測試裝置，例如快速性試驗采用 的是阻力儀、耐波性試驗采用的是適航儀、操縱性試驗采用的是平面運動機構等，而每進行 一項船模水動力性能的測試都要都要對設備進行重新拆卸和安裝，試驗效率很低。而船模 的各水動力系數則主要采用平面運動機構來測量，但是平面運動機構只能使船模做純升 沉、純俯仰、純橫蕩、和純首搖運動，所以船模的部分耦合水動力系數無法通過試驗來測量， 導致船舶水動力性能無法準確的評估。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種船模水動力性能綜合測試裝 置，能夠精確的帶動船模產生橫搖、縱搖、首搖、橫蕩、縱蕩和垂蕩運動，并結合六分力天平， 適合開展多種船模水動力性能試驗，測量出船模在不同試驗狀態時的各種水動力參數，全 面地表征船模水動力性能。
[0005] 為解決上述問題，本發明采用的技術方案為：
[0006] -種船模水動力性能測試裝置，包括安裝平臺、固定平臺、運動平臺、六分力天平、 萬向鉸鏈和六個電動缸；
[0007] 六個電動缸的上、下端分別通過萬向鉸鏈連接固定平臺和運動平臺。六個電動缸 的上端點兩兩組成固定平臺的三個支點，六個電動缸的下端點兩兩組成運動平臺的三個支 點，固定平臺和運動平臺上的三個支點均構成等邊三角形，固定平臺上形成的三角形大于 運動平臺上形成的三角形；六分力天平安裝于運動平臺的下表面，且位于運動平臺三個支 點所組成的等邊三角形的中心，六分力天平剛性連接試驗船模的重心；固定平臺通過安裝 平臺安裝于拖車橫梁上；拖車帶動整個測試裝置直線運動，同時六個電動缸通過伸縮運動 使得運動平臺產生不同方向的位移和旋轉，從而模擬船模在空間上橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、 縱搖和首搖運動。
[0008] 進一步地，所述安裝平臺包括上連接件和下連接件；
[0009] 上連接件采用開口朝下的U形架，U形架的封閉端左、右兩邊對稱開有兩個卡槽， 該U形架的兩側壁與拖車橫梁通過螺栓連接；
[0010] 下連接件為開口朝上的U形架，U形架的中部設有截面為倒梯形的空心凸臺，空 心凸臺的上端面固定連接上連接件的封閉端，該U形架的兩側壁與拖車橫梁均通過螺栓連 接；下連接件的下表面中心開有凹槽，固定平臺的上表面加工有與凹槽匹配的凸臺，以對固 定平臺進行定位。
[0011] 進一步地，所述電動缸的行程和相鄰電動缸之間的夾角使得運動平臺的運動性能 指標滿足下表：。
[0012]
[0013]
【權利要求】
1. 一種船模水動力性能測試裝置，其特征在于，包括安裝平臺、固定平臺、運動平臺、六 分力天平、萬向鉸鏈和六個電動缸； 六個電動缸的上、下端分別通過萬向鉸鏈連接固定平臺和運動平臺。六個電動缸的上 端點兩兩組成固定平臺的三個支點，六個電動缸的下端點兩兩組成運動平臺的三個支點， 固定平臺和運動平臺上的三個支點均構成等邊三角形，固定平臺上形成的三角形大于運動 平臺上形成的三角形；六分力天平安裝于運動平臺的下表面，且位于運動平臺三個支點所 組成的等邊三角形的中心，六分力天平剛性連接試驗船模的重心；固定平臺通過安裝平臺 安裝于拖車橫梁上；拖車帶動整個測試裝置直線運動，同時六個電動缸通過伸縮運動使得 運動平臺產生不同方向的位移和旋轉，從而模擬船模在空間上橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、縱搖 和首搖運動。
2. 根據權利要求1所述的船模水動力性能測試裝置，其特征在于，所述安裝平臺包括 上連接件和下連接件； 上連接件采用開口朝下的U形架，U形架的封閉端左、右兩邊對稱開有兩個卡槽，該U形 架的兩側壁與拖車橫梁通過螺栓連接； 下連接件為開口朝上的U形架，U形架的中部設有截面為倒梯形的空心凸臺，空心凸臺 的上端面固定連接上連接件的封閉端，該U形架的兩側壁與拖車橫梁均通過螺栓連接；下 連接件的下表面中心開有凹槽，固定平臺的上表面加工有與凹槽匹配的凸臺，以對固定平 臺進行定位。
3. 根據權利要求1或2所述的船模水動力性能測試裝置，其特征在于，所述電動缸的行 程和相鄰電動缸之間的夾角使得運動平臺的運動性能指標滿足下表：
4. 一種利用權利要求1至3任意一項權利要求所述的船模水動力性能測試裝置進行船 模操縱性試驗測試的方法，其特征在于，具體為： 開動拖車拖動安裝平臺，驅使船模直線運動；通過控制臺輸入控制程序，控制電動缸的 伸縮與旋轉來實現船模的橫搖、縱搖、首搖、橫蕩、縱蕩和垂蕩運動及其與拖車直線運動的 各種組合運動； 通過六分力天平測出船模作自由運動時的三個力：橫向力X，縱向力Y，垂向力Z ;三個 力矩：橫傾力矩K，縱傾力矩M，偏航力矩N ;通過控制臺控制程序獲取船模的三個速度：橫 向速度u，縱向速度V，垂向速度w ;三個角速度：橫傾角速度p，縱傾角速度q，偏航角速度 r ;三個加速度：橫向加速度!丨、縱向加速度垂向加速度三個角加速度：橫傾角加速度 P，縱傾加角速度4，偏航加角速度-: 已知船模重量m，重力P，浮力B ;重心縱向坐標xe，浮心縱向坐標xc ;三個位移方向上的 附加質量mx，my，mz ;船模對三個坐標軸的慣性矩Ix，Iy，Iz及相應附加慣性矩J x，Jy，Jz ; 建立船模的運動方程為：
5. -種利用權利要求1至3任意一項權利要求所述的船模水動力性能測試裝置進行船 模阻力試驗測試的方法，其特征在于，具體為： 開動拖車拖動安裝平臺，驅使船模直線運動；通過控制臺輸入控制程序，控制電動缸 的伸縮與旋轉來調整船模的運動姿態，通過六分力天平測出船模帶姿態運動時所受到的阻 力。
6. -種利用權利要求1至3任意一項權利要求所述的船模水動力性能測試裝置進行船 模自航試驗測試的方法，其特征在于，具體為： 開動拖車拖動安裝平臺，驅使船模直線運動；通過控制臺輸入控制程序，控制電動缸的 伸縮與旋轉來調整船模的運動姿態，通過六分力天平測出船模帶姿態自航時運動平臺所施 加的強制力。
【文檔編號】G01M10/00GK104280206SQ201410554978
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】孫江龍, 涂海文, 陽航, 謝文雄 申請人:華中科技大學
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