船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構的制作方法
【專利摘要】船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構，包括可滑動地支撐在拖車測橋上的基座，支撐架穿過基座且與基座固接，支撐架上端的滑輪上繞有鋼絲繩，鋼絲繩一端連接配重，另一端連接升沉桿，升沉桿穿過基座并可上下滑動；升沉桿與拉線式位移傳感器的中拉線伸出端固接；升沉桿底端依次裝有三分力傳感器、支撐座，支撐座的兩側(cè)壁上設有縱搖軸，縱搖軸與橫搖軸形成十字型軸，橫搖軸架設在支撐座兩側(cè)的固定座上，縱搖軸與橫搖軸均連接有旋轉(zhuǎn)電位器，橫搖軸另一端依次連接有橫搖力矩傳感器及橫搖鎖緊裝置。本發(fā)明能實現(xiàn)船模縱向力、橫向力、艏搖力矩、縱搖位移、垂蕩位移的測量，通過橫搖運動的鎖緊或釋放，還可以實現(xiàn)艏搖力矩或者橫搖位移的測量。
【專利說明】船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及水動力性能測試【技術領域】，具體涉及用于船舶波浪中穩(wěn)性研究的船模 試驗中的水動力性能測量機構，尤其涉及船模波浪中縱向力、橫向力、艏搖力矩、縱搖位移、 垂蕩位移、橫搖力矩或橫搖位移的測量機構。

【背景技術】
[0002] 船舶穩(wěn)性，是指船舶受外力作用偏離其正浮平衡位置而傾斜，當外力消失后能恢 復到原平衡位置的能力，具有這種能力的船是穩(wěn)定的，否則是不穩(wěn)定的或隨遇平衡，船舶穩(wěn) 性是船舶最重要的性能之一，是船舶安全航行的基本保障。模型試驗是船舶完整穩(wěn)性研究 的主要方法。現(xiàn)有的船模波浪中穩(wěn)性試驗屬于二維測量，即僅能測量縱向力、縱搖位移及 垂蕩位移，且僅適合于在迎浪波浪中的快速性適航試驗，然而，在波浪中進行穩(wěn)性力臂的測 量，除了必須考慮耐波性模型試驗中船模航行和波浪的模擬，更加重要的是船模運動姿態(tài) 的模擬和力矩的準確測量，除了需要船模帶艏搖角運動，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，以便能夠測量船舶穩(wěn)性研究中的涉及 橫向力、橫向力、艏搖力矩及橫搖力矩的測量，同時還能夠側(cè)廊縱搖位移、垂蕩位移甚至橫 搖位移，目前還沒有這種船模波浪中穩(wěn)性試驗的測量裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本 申請人:針對現(xiàn)有技術中的上述缺點進行改進，提供一種船模波浪中穩(wěn)性試驗裝 置中的水動力性能測量機構，其能夠?qū)崿F(xiàn)船模縱向力、橫向力、艏搖力矩、縱搖位移、垂蕩位 移及橫搖位移的測量，也能夠?qū)崿F(xiàn)定橫傾角下的縱向力、橫向力、艏搖力矩、縱搖位移、垂蕩 位移及橫搖力矩的測量。
[0004] 本發(fā)明的技術方案如下： 船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構，包括橫跨并可滑動地支撐在拖車 測橋上的基座，支撐架穿過基座且與基座固接，基座上端固設有安裝座一，安裝座一通過軸 承裝置裝有滑輪，滑輪上橫向繞有鋼絲繩，鋼絲繩的一端連接配重桿，鋼絲繩的另一端連接 升沉桿，升沉桿與配重桿位于支撐架的兩側(cè)，升沉桿穿過基座并可上下滑動，配重桿套設在 導向座內(nèi)，導向座與支撐架固接，配重桿的下端固設有托盤，托盤用于放置配重；基座上固 裝有拉線式位移傳感器，拉線式位移傳感器的拉線伸出端固定在升沉桿上，且所述拉線為 垂向布置；升沉桿的底端裝有三分力傳感器，三分力傳感器下方固接有支撐座，支撐座的兩 側(cè)壁上通過軸承裝置架設有縱搖軸，縱搖軸一端與旋轉(zhuǎn)電位器一連接；縱搖軸與橫搖軸垂 直設置形成十字型軸，橫搖軸的兩端通過軸承裝置架設在支撐座兩側(cè)的固定座上，橫搖軸 一端與旋轉(zhuǎn)電位器二連接，橫搖軸另一端依次連接有橫搖力矩傳感器、橫搖定位座及橫搖 分度鎖緊盤，橫搖定位座及固定座均固定支撐在連接板上，連接板與船模連接；支撐架上設 有升沉桿的升沉運動的導向機構。
[0005] 其進一步技術方案為： 所述支撐座呈U型結(jié)構，U型支撐座的兩側(cè)壁上通過軸承裝置架設有縱搖軸，橫搖軸的 兩端通過軸承裝置架設在U型支撐座U型開口兩側(cè)的固定座上。
[0006] 所述導向機構包括設在支撐架上的堅向直線導軌副，升沉桿與堅向直線導軌副中 的滑塊固接。
[0007] 所述三分力傳感器為組合式傳感器結(jié)構，包括相互獨立的由上至下依次布置的縱 向力傳感器、艏搖力矩傳感器及橫向力傳感器，三個獨立的傳感器之間通過連接法蘭連接， 縱向力傳感器與升沉桿固接，橫向力傳感器與U形支撐座固接。
[0008] 所述縱搖軸與旋轉(zhuǎn)電位器一的伸出軸通過聯(lián)軸器一連接，橫搖軸與旋轉(zhuǎn)電位器二 的伸出軸通過聯(lián)軸器二連接。
[0009] 所述堅向直線導軌副采用四方向等載荷滾動直線導軌副。
[0010] 本發(fā)明的技術效果： 本發(fā)明所述測量機構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，通過多分力測力傳感器的設置，能夠準確獲取波浪中作用在船模上的縱向力、橫 向力、艏搖力矩三種水動力性能，通過縱搖軸以及旋轉(zhuǎn)電位器的設置，可以測量縱傾角，通 過拉鏈式位移傳感器的設置，可以測量除按摩的升沉位移；本發(fā)明設置橫搖定位座及橫搖 分度鎖緊盤，且二者之間可以鎖緊或松開，從而使橫搖方向上的運動受約束或者不受約束， 由此在橫搖運動受約束時，可以進行定橫傾角水動力試驗，除了能夠測量作用在船模上的 縱向力、橫向力、艏搖力矩以及船模的升沉位移和縱傾角，還可以通過橫搖力矩傳感器測量 作用在船模上的橫搖力矩，在橫搖運動不受約束時，除了能夠測量作用在船模上的縱向力、 橫向力、艏搖力矩以及船模的升沉位移和縱傾角，還可以通過橫搖軸以及旋轉(zhuǎn)電位器的設 置測量船模的橫傾角。多種水動力性能的測量為船模波浪中穩(wěn)性力臂的測量提供了更為完 善的側(cè)麗江基礎，進而為船舶純穩(wěn)性研究提供了更為完善的基礎保障。
[0011] 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，克服了升沉 桿、三分力傳感器、U型支撐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 的位移采用了導向座導向，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；試驗過程中，升沉桿的垂向運動由支撐架上的四方向等載荷滾動直線導軌副進行導 向，其承載能力大、導向精度高，可以防止試驗時在拖車加速和制動段由于加速度/減速度 而產(chǎn)生的大負載對測量設備及被測模型造成損壞。
[0012] 本發(fā)明采用縱向力傳感器、艏搖力矩傳感器及橫向力傳感器三個獨立的傳感器之 間組合形成三分力傳感器，所述三個獨立的傳感器均采用應變式傳感器，這種組合式結(jié)構 的傳感器不僅過載能力大，且抗干擾能力強、測量精度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構示意圖，圖中局部剖視。
[0015] 圖3為本發(fā)明三分力傳感器下端的部分結(jié)構示意圖。
[0016] 圖4為圖3的側(cè)視圖。
[0017] 圖5為本發(fā)明所述三分力傳感器的結(jié)構示意圖。
[0018] 其中：1、基座；2、支撐架；3、安裝座一；4、滑輪；5、鋼絲繩；6、配重桿；7、升沉桿； 8、導向座；9、托盤；10、配重；11、拉線式位移傳感器；12、三分力傳感器；121、縱向力傳感 器；122、艏搖力矩傳感器；123、橫向力傳感器；13、支撐座；14、縱搖軸；15、旋轉(zhuǎn)電位器一； 16、橫搖軸；17、固定座；18、旋轉(zhuǎn)電位器二；19、橫搖力矩傳感器；20、橫搖定位座；21、橫搖 分度鎖緊盤；22、連接板；23、堅向直線導軌副；24、滑塊；25、聯(lián)軸器一；26、聯(lián)軸器二；27、 拖車測橋；28、鎖緊爪；29、耳座；30、安裝座二；31、安裝座三；32、連接插銷。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0020] 見圖1、圖2,本發(fā)明包括橫跨并可滑動地支撐在拖車測橋27上的基座1，具體地， 基座1可通過直線導軌副滑動連接在拖車測橋27上，基座1上設有鎖緊爪28,用于基座 1與拖車測橋27的鎖緊；支撐架2穿過基座1且與基座1固接，基座1上端固設有一對安 裝座一 3,安裝座一 3通過軸承裝置裝有滑輪4,滑輪4上橫向繞有鋼絲繩5,鋼絲繩5的一 端通過吊鉤及耳環(huán)組件與配重桿6連接，鋼絲繩5的另一端通過吊鉤及耳環(huán)組件與升沉桿7 連接，升沉桿7與配重桿6位于支撐架2的兩側(cè)，升沉桿7穿過基座1并可上下滑動，配重 桿6套設在導向座8內(nèi)，導向座8與支撐架2固接，配重桿6的下端固設有托盤9,托盤9用 于放置配重10,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7以及隨升沉桿 7-起升降運動的測量裝置的重量；基座1上固裝有拉線式位移傳感器11，拉線式位移傳感 器11的拉線伸出端通過耳座29固定在升沉桿7上，且拉線為垂向布置；升沉桿7的底端裝 有三分力傳感器12,三分力傳感器12下方固接有支撐座13,見圖3、圖4,所述支撐座13呈 U型結(jié)構，U型支撐座13的兩側(cè)壁上通過軸承裝置架設有縱搖軸14,縱搖軸14 一端穿出支 撐座13,并通過聯(lián)軸器一 25與旋轉(zhuǎn)電位器一 15的伸出軸連接，旋轉(zhuǎn)電位器一 15通過安裝 座二30固接在支撐座13上，縱搖軸14與橫搖軸16垂直設置形成十字型軸，橫搖軸16的 兩端通過軸承裝置架設在U型支撐座13 U型開口兩側(cè)的固定座17上，橫搖軸16 -端通過 聯(lián)軸器二26與旋轉(zhuǎn)電位器二18的伸出軸連接，旋轉(zhuǎn)電位器二18通過安裝座三31固接在 固定座17上，橫搖軸16另一端依次連接有橫搖力矩傳感器19、橫搖定位座20及橫搖分度 鎖緊盤21，橫搖軸16與橫搖力矩傳感器19之間、橫搖力矩傳感器19與橫搖定位座20之間 均通過連接法蘭實現(xiàn)連接，橫搖定位座20及固定座17均固定支撐在連接板22上，連接板 22與船模連接，橫搖軸16軸端連接的橫搖定位座20及橫搖分度鎖緊盤21形成橫搖鎖緊 機構，即通過橫搖定位座20與橫搖分度鎖緊盤21之間的鎖緊或釋放連接，來鎖緊或釋放橫 搖運動，具體地，橫搖定位座20與橫搖分度鎖緊盤21之間設有連接插銷32 ;支撐架2上設 有升沉桿7的升沉運動的導向機構，所述導向機構包括設在支撐架2上的堅向直線導軌副 23,升沉桿7與堅向直線導軌副23中的滑塊24固接，其中，橫搖分度鎖緊盤21上的分度定 位通過橫搖分度鎖緊盤21上分度定位孔用定位鎖調(diào)整然后用固定螺釘加以固定，屬于現(xiàn) 有技術。
[0021] 具體地，見圖5,所述三分力傳感器12為組合式傳感器結(jié)構，包括相互獨立的由上 至下依次布置的縱向力傳感器121、艏搖力矩傳感器122及橫向力傳感器123,所述三個獨 立的傳感器之間通過連接法蘭連接，所述三個獨立的傳感器均采用應變式傳感器，這種組 合式結(jié)構的傳感器不僅過載能力大，且抗干擾能力強、測量精度高，其中，縱向力傳感器121 與升沉桿7固接，橫向力傳感器123與U形支撐座13固接。
[0022] 進一步地，為了減小傳動誤差，聯(lián)軸器一 25及聯(lián)軸器二26均采用無間隙彈性聯(lián)軸 節(jié)；為了提高對升沉桿升沉運動的導向精度，防止試驗時在拖車加速和制動段由于加速度 而產(chǎn)生的大負載對測量設備及被測船模造成損壞，所述堅向直線導軌副23采用四方向等 載荷滾動直線導軌副。
[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）與連接板22固接，且二者固定的位置 盡可能靠近船模的重心位置，確保船模的航向與拖曳水池拖車的前進方向一致，配重10的 重量根據(jù)升沉桿7以及固裝在升沉桿7下端的測量裝置(包括三分力傳感器12、縱搖軸14、 橫搖軸16、支撐座13、固定座17、旋旋電位器一 15、旋旋電位器二18、兩個聯(lián)軸器、兩個旋轉(zhuǎn) 電位器的安裝座、橫搖定位座20及橫搖分度鎖緊盤21)的重量總和而定。試驗開始后，拖 曳小車帶動被測船模沿拖車測橋27運動，具體測量過程如下 ： 定橫傾角下的水動力測量：調(diào)節(jié)橫搖分度鎖緊盤21上的分度定位，使被測船模調(diào)節(jié) 至所需橫傾角，并通過連接插銷32使橫搖定位座20與橫搖分度鎖緊盤21鎖緊，將橫搖軸 16鎖緊，從而約束船模的橫搖運動，船模在拖車帶動下在波浪中運動，通過三分力傳感器 12可以測量在定橫傾角下船模在該行進速度下作用在被測船模上的縱向力、橫向力及艏搖 力矩，通過橫搖力矩傳感器19可以測量作用在船模上的橫搖力矩，通過行進速度的改變， 可以測定被測船模在不同行進速度下的縱向力、橫向力、橫搖力矩及艏搖力矩；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7上下移動，通過升沉桿7下端的耳座 29拉動拉線式位移傳感器11，測量升沉桿7的升沉運動軌跡，由相應的數(shù)據(jù)采集與分析處 理控制系統(tǒng)采集拉線式位移傳感器11的輸出信號，從而測得被測船模的升沉位移；當被測 船模發(fā)生縱傾，船模帶動連接板22、旋轉(zhuǎn)電位器二18、固定座17、安裝座三31、橫搖力矩傳 感器19、橫搖定位座20、橫搖分度鎖緊盤21、橫搖軸16另一端的兩個連接法蘭、縱搖軸14 與橫搖軸16形成的整體繞縱搖軸14的中心軸線轉(zhuǎn)動，縱搖軸14轉(zhuǎn)動，在聯(lián)軸器一 25的傳 遞作用下，旋轉(zhuǎn)電位器一 15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 位器一 15的電阻變化，從而測得被測船模的縱傾角度。
[0024] 橫搖運動不受拘束時的水動力測量：松開橫搖分度鎖緊盤21與橫搖分度定位座 20之間的連接插銷32,使得橫搖軸21的轉(zhuǎn)動不受約束，船模在拖車帶動下在波浪中運動， 通過三分力傳感器12可以測量在定橫傾角下船模在該行進速度下作用在被測船模上的縱 向力、橫向力及艏搖力矩；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 7上下移動，通過升沉桿7下端的耳座29拉動拉線式位移傳感器11，測量升沉桿7的升沉運 動軌跡，由相應的數(shù)據(jù)采集與分析處理控制系統(tǒng)采集拉線式位移傳感器11的輸出信號，從 而測得被測船模的升沉位移；當被測船模發(fā)生縱傾，船模帶動連接板22、旋轉(zhuǎn)電位器二18、 固定座17、安裝座三31、橫搖力矩傳感器19、橫搖定位座20、橫搖分度鎖緊盤21、橫搖軸16 另一端的兩個連接法蘭、縱搖軸14與橫搖軸16形成的整體繞縱搖軸14的中心軸線轉(zhuǎn)動， 縱搖軸14轉(zhuǎn)動，在聯(lián)軸器一 25的傳遞作用下，旋轉(zhuǎn)電位器一 15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)電位器一 15的電阻變化，從而測得被測船模的縱傾角度； 當被測船模發(fā)生橫傾，船模帶動連接板22、旋轉(zhuǎn)電位器二18、固定座17、安裝座三31、橫搖 力矩傳感器19、橫搖定位座20、橫搖分度鎖緊盤21、橫搖軸16另一端的兩個連接法蘭、縱搖 軸14與橫搖軸16形成的整體繞橫搖軸16的中心軸線轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)電位器二18繞橫搖軸16 的中心軸線轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)電位器二18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)電位器二18的電阻變化，從而測得被測船模的橫傾角度。
[0025] 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，克服了升沉 桿、三分力傳感器、U型支撐座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。
[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。
【權利要求】
1. 船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構，包括橫跨并可滑動地支撐在拖 車測橋（27)上的基座（1)，其特征在于：支撐架（2)穿過基座（1)且與基座（1)固接，基座 (I) 上端固設有安裝座一（3)，安裝座一（3)通過軸承裝置裝有滑輪（4)，滑輪（4)上橫向繞 有鋼絲繩（5)，鋼絲繩（5)的一端連接配重桿（6)，鋼絲繩（5)的另一端連接升沉桿（7)，升沉 桿（7 )與配重桿（6 )位于支撐架（2 )的兩側(cè)，升沉桿（7 )穿過基座（1)并可上下滑動，配重桿 (6)套設在導向座（8)內(nèi)，導向座（8)與支撐架（2)固接，配重桿（6)的下端固設有托盤（9)， 托盤（9)用于放置配重（10);基座（1)上固裝有拉線式位移傳感器（11)，拉線式位移傳感器 (II) 的拉線伸出端固定在升沉桿（7)上，且所述拉線為垂向布置；升沉桿（7)的底端裝有三 分力傳感器（12)，三分力傳感器（12)下方固接有支撐座（13)，支撐座（13)的兩側(cè)壁上通過 軸承裝置架設有縱搖軸（14)，縱搖軸（14) 一端與旋轉(zhuǎn)電位器一（15)連接；縱搖軸（14)與 橫搖軸（16)垂直設置形成十字型軸，橫搖軸（16)的兩端通過軸承裝置架設在支撐座（13) 兩側(cè)的固定座（17)上，橫搖軸（16) -端與旋轉(zhuǎn)電位器二（18)連接，橫搖軸（16)另一端依 次連接有橫搖力矩傳感器（19)、橫搖定位座（20)及橫搖分度鎖緊盤（21 )，橫搖定位座（20) 及固定座（17)均固定支撐在連接板（22)上，連接板（22)與船模連接；支撐架（2)上設有升 沉桿（7)的升沉運動的導向機構。
2. 按權利要求1所述的船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構，其特征在 于：所述支撐座（13)呈U型結(jié)構，U型支撐座（13)的兩側(cè)壁上通過軸承裝置架設有縱搖軸 (14)，橫搖軸（16)的兩端通過軸承裝置架設在U型支撐座（13)U型開口兩側(cè)的固定座（17) 上。
3. 按權利要求1所述的船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構，其特征在 于：所述導向機構包括設在支撐架（2)上的堅向直線導軌副（23)，升沉桿（7)與堅向直線導 軌副（23)中的滑塊（24)固接。
4. 按權利要求1所述的船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構，其特征在 于：所述三分力傳感器（12)為組合式傳感器結(jié)構，包括相互獨立的由上至下依次布置的縱 向力傳感器（121)、艏搖力矩傳感器（122)及橫向力傳感器（123)，三個獨立的傳感器之間 通過連接法蘭連接，縱向力傳感器（121)與升沉桿（7)固接，橫向力傳感器（123)與U形支 撐座（13)固接。
5. 按權利要求1或2所述的船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構，其特 征在于：所述縱搖軸（14)與旋轉(zhuǎn)電位器一（15)的伸出軸通過聯(lián)軸器一（25)連接，橫搖軸 (16)與旋轉(zhuǎn)電位器二（18)的伸出軸通過聯(lián)軸器二（26)連接。
6. 按權利要求3所述的船模波浪中穩(wěn)性試驗裝置中的水動力性能測量機構，其特征在 于：所述堅向直線導軌副（23)采用四方向等載荷滾動直線導軌副。
【文檔編號】B63B9/08GK104118532SQ201410362454
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】朱建良, 蘭波, 魯江, 顧民 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所