本發(fā)明涉及船舶實驗領(lǐng)域，尤其涉及一種用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確測量時間序列上對應(yīng)的船模運動和受力參數(shù)，方便的應(yīng)用于水動力系數(shù)的辨識。

背景技術(shù)：

船舶在航行過程中，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)行各種機動，避免碰撞事故，這兩個方面都屬于船舶操縱性的范疇，分別對應(yīng)于船舶的航行穩(wěn)定性和機動性。

近年來，隨著海洋航運及內(nèi)河航運的發(fā)展，船舶進(jìn)一步大型化和高速化，同時船舶航行密度增大，使船舶操縱困難，海損事故增多。據(jù)統(tǒng)計，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產(chǎn)的巨大損失，超級油輪和化學(xué)運輸船失事還會造成海域大面積污染，引起各國政府和公眾深切關(guān)注。因此許多國家的船級社要求新建造的船舶和進(jìn)入該國水域的船舶提交詳細(xì)的操縱性計算書和實船試驗報告，對船舶操縱性提出明確而嚴(yán)格的要求。

要在船舶設(shè)計階段對船舶的操縱性進(jìn)行計算預(yù)報，事先必須給定船舶的操縱性水動力系數(shù)，而通過船模操縱性水動力系數(shù)測量試驗來確定其水動力系數(shù)是目前最為準(zhǔn)確的方法?，F(xiàn)在用于測量船舶操縱性水動力系數(shù)的試驗裝置主要有旋臂水池機構(gòu)和平面運動機構(gòu)兩種。

旋臂水池是一種進(jìn)行拘束船模試驗的專用水池。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，帶動船模在水池中作各種半徑的圓形運動，船模處于完全拘束狀態(tài)隨旋臂運動，船模與旋臂的結(jié)合位置處安裝有測力傳感器，可以測量船模在任何一種給定運動狀態(tài)下的水動力，再經(jīng)過計算分析求得船舶的操縱性水動力系數(shù)。

平面運動機構(gòu)是另一種為了測量船模操縱性水動力系數(shù)而專門設(shè)計建造的裝置，平面運動機構(gòu)安裝在船模拖曳水池的拖車上使用。傳統(tǒng)的拖車只能給船模單一方向的運動速度，而平面運動機構(gòu)能夠在原來的運動狀態(tài)上疊加另一個速度分量和旋轉(zhuǎn)運動分量，所以拖車裝上了平面運動機構(gòu)以后，船模可以做出任一給定的運動情況。平面運動機構(gòu)與船模相連接的地方裝有測力傳感器，可以測量船模在各種運動狀態(tài)的受力，根據(jù)受力計算分析得到船舶的操縱性水動力系數(shù)。

綜合來看，現(xiàn)有的船模操縱性水動力系數(shù)測量系統(tǒng)，基本的原理就是首先設(shè)計船模的運動方案，然后運用機構(gòu)約束船模使之在水池中按照所設(shè)計的方案運動起來，同時測量約束狀態(tài)下船體的水動力，這類“給定運動-測量受力”的測量系統(tǒng)，主要的問題是：(1)船模有的自由度受約束、運動被規(guī)定，與實際船舶自由航行情況有差異，可能導(dǎo)致運動不真實，水動力不準(zhǔn)確；(2)試驗機構(gòu)必須要保證很高的船模運動精度和測力精度，試驗機構(gòu)復(fù)雜。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的主要是針對目前的船模水動力系數(shù)測量系統(tǒng)都是基于“給定運動-測量受力”的思路來設(shè)計，從而導(dǎo)致船模運動受約束、水動力不準(zhǔn)確、試驗機構(gòu)復(fù)雜等問題，提出了一種基于“給定受力-測量運動”思路的用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)由推力系統(tǒng)、測速系統(tǒng)和測試平臺組成，所述推力系統(tǒng)包含測力器，并安裝在測試平臺上，用于驅(qū)使船模在水中運動并測量船模的實時受力，所述測速系統(tǒng)用于實時測量船模速度，所述測試平臺固定安裝在船模上。

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、測力器和可旋轉(zhuǎn)基座，所述的涵道風(fēng)扇安裝在測力器上，測力器安裝在可旋轉(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)。

所述測速系統(tǒng)優(yōu)選采用差分GPS測速系統(tǒng)，所述差分GPS測速系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站和移動天線，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)的移動天線安裝在測試平臺的兩端。

所述的用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)的工作原理為：所述測量系統(tǒng)可以通過所述推力系統(tǒng)驅(qū)使船模在試驗水池中自由運動，并實時同步測量船模的運動速度和船模受力，獲得在時間序列上準(zhǔn)確對應(yīng)的船模運動與受力關(guān)系以用于船模水動力系數(shù)的辨識。

所述的用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)的測量過程為：當(dāng)采用用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)進(jìn)行船模水動力系數(shù)測量試驗時，將測試平臺固定安裝在船模上，所述推力系統(tǒng)產(chǎn)生推力，推力傳遞到船模上，船模會產(chǎn)生縱向運動加速度和速度、橫向運動加速度和速度、轉(zhuǎn)首角角速度和角速度，所述推力系統(tǒng)中的測力器測量船模的實時受力，所述測速系統(tǒng)測量船模的實時運動狀態(tài)參數(shù)，從而實現(xiàn)了對船模受力狀態(tài)和運動狀態(tài)的同步高精度測量，測量結(jié)果可以方便地應(yīng)用于船模水動力系數(shù)的辨識。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明將船模水動力測量裝置的設(shè)計思想從傳統(tǒng)的“給定運動-測量受力”改變?yōu)樾滦偷摹敖o定受力-測量運動”，提出了一種新式的用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量裝置。該測量裝置避免了現(xiàn)有船模水動力測量機構(gòu)拘束船模運動、使船模試驗中運動狀態(tài)與實船自由航行狀態(tài)有差異的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)船模無約束的真實運動。

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

附圖說明

圖1用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量裝置示意圖

其中： 1—涵道風(fēng)扇 2—測力器 3—可旋轉(zhuǎn)基座

4—差分GPS測速系統(tǒng) 5—測試平臺 6—船模。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行說明

用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)由推力系統(tǒng)、測速系統(tǒng)和測試平臺組成，所述推力系統(tǒng)包含測力器，并安裝在測試平臺上，用于驅(qū)使船模在水中運動并測量船模的實時受力，所述測速系統(tǒng)用于實時測量船模速度，所述測試平臺固定安裝在船模上。

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

所用的涵道風(fēng)扇1安裝在測力器2上，測力器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、測力器2和可旋轉(zhuǎn)基座3組成一套風(fēng)力裝置，本實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)安裝在測試平臺5上。

所用的差分GPS測速系統(tǒng)4的移動天線分別安裝在測試平臺5的兩端，差分GPS測速系統(tǒng)4的基準(zhǔn)站固定安裝在地面。

所述測試平臺5固定安裝在水池中的船模6上。

本實施例中用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)的測量過程為：當(dāng)采用用于船模水動力系數(shù)辨識的船模速度與受力同步測量系統(tǒng)進(jìn)行船模水動力系數(shù)測量試驗時，將測試平臺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)動產(chǎn)生風(fēng)力，風(fēng)力傳遞到船模上，船模會產(chǎn)生縱向運動加速度和速度、橫向運動加速度和速度、轉(zhuǎn)首角角速度和角速度，所述風(fēng)力系統(tǒng)中的測力器2測量船模的實時受力，所述差分GPS測速系統(tǒng)4測量船模的實時運動狀態(tài)參數(shù)，從而實現(xiàn)了對船模受力狀態(tài)和運動狀態(tài)的同步高精度測量，測量結(jié)果可以方便地應(yīng)用于船模水動力系數(shù)的辨識。

作為另一種優(yōu)選實施方式，所述測速系統(tǒng)還可采用Mark測速系統(tǒng)，所述Mark測速系統(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)選實施例僅用于說明本發(fā)明，而不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的任何限制，對本發(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。