本發(fā)明涉及雙體船扭矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，屬于雙體船領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前對(duì)于雙體船扭矩的研究主要集中在外載荷計(jì)算、有限元數(shù)值仿真或拖曳水池中開(kāi)展船模波浪載荷實(shí)驗(yàn)。前兩種基本基于理論計(jì)算，授課過(guò)程中不能讓學(xué)生進(jìn)行直觀的觀察和實(shí)際的動(dòng)手操作，對(duì)于加深學(xué)習(xí)印象方面存在一定的缺陷；后一種由于需要具備一定的試驗(yàn)條件，目前高校中建造的拖曳水池并不多，加之其試驗(yàn)成本比較大，在教學(xué)過(guò)程中存在一定的局限性，因此不適合在授課過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行演示。由于以上客觀因素，目前在教學(xué)過(guò)程中只是列出了雙體船在斜浪狀態(tài)下的外力的探討，缺乏經(jīng)濟(jì)、直觀的教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材讓學(xué)生親自動(dòng)手操作從而獲得深刻的理解。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種雙體船扭矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及測(cè)量方法，通過(guò)四個(gè)獨(dú)立的加載水箱內(nèi)的水的體積，模擬一個(gè)片體的船首部位處于波谷、船尾部位處于波峰；另一個(gè)片體的船首處于波峰、船尾處于波谷，可以通過(guò)控制其相對(duì)高度來(lái)模擬不同的波高，以及配合使用循環(huán)水泵、水速儀來(lái)模擬不同波浪下對(duì)應(yīng)的水流速度，從而模擬雙體船受到的扭矩，使實(shí)驗(yàn)真實(shí)，易觀察，具有說(shuō)服力。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種雙體船扭矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，該雙體船由第一船體、第二船體和連接橋組成，連接橋與第一船體和第二船體分別連接，所述第一船體位于第一水箱內(nèi)，第一水箱內(nèi)設(shè)有第一柔性橡膠薄膜將第一水箱分為第一水箱單元和第二水箱單元，第一水箱單元和第二水箱單元上分別設(shè)有第一循環(huán)裝置和第二循環(huán)裝置，第一循環(huán)裝置包含第一水槽和第一隔板，第一隔板位于第一水槽的中間，將第一水槽分為進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)，在第一水槽內(nèi)垂直于隔板安裝有兩個(gè)整流板，在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)端口分別位于第一水箱單元的兩個(gè)對(duì)角，第一水箱單元上安裝有第一水泵，第一水泵的兩端分別通過(guò)水管與第一水槽連接，第一水泵兩端的水管分為位于第一隔板的兩側(cè)；第二循環(huán)裝置包含第二水槽和第二隔板，第二隔板位于第二水槽的中間，將第二水槽分為進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)，在第二水槽內(nèi)垂直于第一隔板安裝有兩個(gè)整流板，在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)端口分別位于第二水箱單元的兩個(gè)對(duì)角，第二水箱單元上安裝有第二水泵，第二水泵的兩端分別通過(guò)水管與第二水槽連接，第二水泵兩端的水管分為位于第二隔板的兩側(cè)，在第一水箱單元和第二水箱單元內(nèi)均設(shè)有測(cè)量循環(huán)水流速的第一水速儀；所述第二船體位于第二水箱內(nèi)，第二水箱內(nèi)設(shè)有第二柔性橡膠薄膜將第二水箱分為第三水箱單元和第四水箱單元，第三水箱單元和第四水箱單元上分別設(shè)有第三循環(huán)裝置和第四循環(huán)裝置，第三循環(huán)裝置包含第三水槽和第三隔板，第三隔板位于第三水槽的中間，將第三水槽分為進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)，在第三水槽內(nèi)垂直于第三隔板安裝有兩個(gè)整流板，在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)端口分別位于第三水箱單元的兩個(gè)對(duì)角，第三水箱單元上安裝有第三水泵，第三水泵的兩端分別通過(guò)水管與第三水槽連接，第三水泵兩端的水管分為位于第三隔板的兩側(cè)；第四循環(huán)裝置包含第四水槽和第四隔板，第四隔板位于第四水槽的中間，將第四水槽分為進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)，在第四水槽內(nèi)垂直于第四隔板安裝有兩個(gè)整流板，在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)端口分別位于第四水箱單元的兩個(gè)對(duì)角，第四水箱單元上安裝有第四水泵，第四水泵的兩端分別通過(guò)水管與第四水槽連接，第四水泵兩端的水管分為位于第四隔板的兩側(cè)，在第三水箱單元和第四水箱單元內(nèi)均設(shè)有測(cè)量循環(huán)水流速的第二水速儀；所述整流板包含第一整流單元和第二整流單元，所述第一整流單元和第二整流單元上均設(shè)有若干個(gè)整流孔，第一整流單元通過(guò)膠水固定在水槽壁和隔板上，所述第一整流單元的頂部設(shè)有兩個(gè)螺紋孔，水槽壁和隔板上設(shè)有凹槽，第二整流單元插入在凹槽內(nèi)，第二整流單元通過(guò)第一整流單元螺紋孔中插入的螺栓固定，通過(guò)覆蓋第一整流單元整流孔的面積，從而調(diào)整水流的整流效果；在第一船體的橫艙壁與連接橋相接觸的位置安裝應(yīng)變片，應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線與電荷放大器連接，電荷放大器依次與多通道信息采集儀和計(jì)算機(jī)連接。

作為優(yōu)選，所述第一船體、第二船體分別由聚氨酯軟泡沫塑料制作，在第一船體、第二船體長(zhǎng)度方向上的中間部位、肩部過(guò)渡處、尾部過(guò)渡處建造橫艙壁。

一種上述的雙體船扭矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟：

(1)按照實(shí)驗(yàn)要求，將第一循環(huán)裝置、第二循環(huán)裝置、第三循環(huán)裝置和第四循環(huán)裝置安裝完畢，向第一水箱單元、第二水箱單元、第三水箱單元和第四水箱單元中注入等量的水；

(2)打開(kāi)第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵，讓第一水箱單元、第二水箱單元、第三水箱單元和第四水箱單元的水循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵的馬力獲得需要的水流速度，同時(shí)保證水速儀的測(cè)量數(shù)值相同，此時(shí)分別記錄第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵上的馬力數(shù)值，關(guān)閉第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵；

(3)將雙體船放入第一水箱和第二水箱內(nèi)，調(diào)整船體平衡，第一船體與第一柔性橡膠薄膜相接觸處進(jìn)行密封，第二船體與第二柔性橡膠薄膜相接觸處進(jìn)行密封，然后在向第一水箱單元、第二水箱單元、第三水箱單元和第四水箱單元中注水，位于對(duì)角的第一水箱單元和第三水箱單元注水量相同，位于對(duì)角的第二水箱單元和第四水箱單元中注水量相同，且第一水箱單元的注水量大于第二水箱單元，并讀出其數(shù)值，此時(shí)打開(kāi)第一水泵、第二水泵、第三水泵、第四水泵，調(diào)整到步驟(2)中所用的馬力，最后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并進(jìn)行整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

根據(jù)已有的研究，雙體船在波浪中航行時(shí)，當(dāng)浪向?yàn)?5°或135°時(shí)，兩個(gè)船體在波浪當(dāng)中所處的位置會(huì)不同，連接橋要承受扭矩作用。假定此時(shí)一個(gè)片體的船首部分處于波峰位置，而其尾部則處于波谷位置；另一片體剛好與之相反，其船首部分處于波谷位置，而船尾處于波峰位置。在此種情況下，由于船體的重力、片體浮力、水動(dòng)壓力的不均勻分布，左右兩個(gè)片體必然會(huì)產(chǎn)生相對(duì)縱搖運(yùn)動(dòng)，在縱搖達(dá)到平衡的瞬間，連接橋會(huì)產(chǎn)生巨大的扭矩。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本實(shí)驗(yàn)裝置是一種測(cè)量雙體船扭矩的裝置，作為教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)四個(gè)獨(dú)立的加載水箱內(nèi)的水的體積，模擬一個(gè)片體的船首部位處于波谷、船尾部位處于波峰；另一個(gè)片體的船首處于波峰、船尾處于波谷，可以通過(guò)控制其相對(duì)高度來(lái)模擬不同的波高，從而模擬雙體船受到的扭矩，使實(shí)驗(yàn)真實(shí)，易觀察，具有說(shuō)服力。

(2)現(xiàn)有的有關(guān)扭矩的數(shù)值計(jì)算方法及軟件只是基于理論，理解起來(lái)比較抽象，而本實(shí)驗(yàn)裝置可以使學(xué)生了解雙體船產(chǎn)生扭矩的基本成因及扭矩形成的基本原理，在實(shí)驗(yàn)中船模產(chǎn)生扭矩，可以使學(xué)生對(duì)雙體船的扭矩問(wèn)題有一個(gè)直觀認(rèn)識(shí)與理解。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為第一水槽的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為第一整流單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明的雙體船扭矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置，該雙體船由第一船體6、第二船體18和連接橋組成，連接橋與第一船體6和第二船體18分別連接，所述第一船體6位于第一水箱內(nèi)，第一水箱內(nèi)設(shè)有第一柔性橡膠薄膜將第一水箱分為第一水箱單元5和第二水箱單元7，第一水箱單元5和第二水箱單元7上分別設(shè)有第一循環(huán)裝置和第二循環(huán)裝置，第一循環(huán)裝置包含第一水槽4和第一隔板2，第一隔板2位于第一水槽4的中間，將第一水槽4分為進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)，在第一水槽4內(nèi)垂直于隔板安裝有兩個(gè)整流板3，在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)端口分別位于第一水箱單元5的兩個(gè)對(duì)角，第一水箱單元5上安裝有第一水泵1，第一水泵1的兩端分別通過(guò)水管與第一水槽4連接，第一水泵1兩端的水管分為位于第一隔板2的兩側(cè)；第二循環(huán)裝置包含第二水槽11和第二隔板12，第二隔板12位于第二水槽11的中間，將第二水槽11分為進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)，在第二水槽11內(nèi)垂直于第一隔板2安裝有兩個(gè)整流板3，在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)端口分別位于第二水箱單元7的兩個(gè)對(duì)角，第二水箱單元7上安裝有第二水泵13，第二水泵13的兩端分別通過(guò)水管與第二水槽11連接，第二水泵13兩端的水管分為位于第二隔板12的兩側(cè)，在第一水箱單元5和第二水箱單元7內(nèi)均設(shè)有測(cè)量循環(huán)水流速的第一水速儀；所述第二船體18位于第二水箱內(nèi)，第二水箱內(nèi)設(shè)有第二柔性橡膠薄膜將第二水箱分為第三水箱單元17和第四水箱單元19，第三水箱單元17和第四水箱單元19上分別設(shè)有第三循環(huán)裝置和第四循環(huán)裝置，第三循環(huán)裝置包含第三水槽16和第三隔板15，第三隔板15位于第三水槽16的中間，將第三水槽16分為進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)，在第三水槽16內(nèi)垂直于第三隔板15安裝有兩個(gè)整流板3，在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)端口分別位于第三水箱單元17的兩個(gè)對(duì)角，第三水箱單元17上安裝有第三水泵14，第三水泵14的兩端分別通過(guò)水管與第三水槽16連接，第三水泵14兩端的水管分為位于第三隔板15的兩側(cè)；第四循環(huán)裝置包含第四水槽和第四隔板20，第四隔板20位于第四水槽的中間，將第四水槽分為進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)，在第四水槽內(nèi)垂直于第四隔板20安裝有兩個(gè)整流板3，在進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)分別連接有進(jìn)水管和出水管，進(jìn)水管和出水管的兩個(gè)端口分別位于第四水箱單元19的兩個(gè)對(duì)角，第四水箱單元19上安裝有第四水泵21，第四水泵21的兩端分別通過(guò)水管與第四水槽連接，第四水泵21兩端的水管分為位于第四隔板20的兩側(cè)，在第三水箱單元17和第四水箱單元19內(nèi)均設(shè)有測(cè)量循環(huán)水流速的第二水速儀；在本發(fā)明中，所有的整流板3結(jié)構(gòu)相同，如圖2和圖3所示，所述整流板3包含第一整流單元31和第二整流單元32，所述第一整流單元31和第二整流單元32上均設(shè)有若干個(gè)整流孔，第一整流單元31通過(guò)膠水固定在水槽壁和隔板上，所述第一整流單元31的頂部設(shè)有兩個(gè)螺紋孔22，水槽壁和隔板上設(shè)有凹槽，第二整流單元32插入在凹槽內(nèi)，第二整流單元32通過(guò)第一整流單元31螺紋孔22中插入的螺栓固定，通過(guò)覆蓋第一整流單元31整流孔的面積，從而調(diào)整水流的整流效果；在第一船體6的橫艙壁與連接橋相接觸的位置安裝應(yīng)變片，應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線與電荷放大器8連接，電荷放大器8依次與多通道信息采集儀9和計(jì)算機(jī)10連接。

在本發(fā)明中，所述第一船體6、第二船體18分別由聚氨酯軟泡沫塑料制作，在第一船體6、第二船體18長(zhǎng)度方向上的中間部位、肩部過(guò)渡處、尾部過(guò)渡處建造橫艙壁。

一種雙體船扭矩的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟：

(1)按照實(shí)驗(yàn)要求，將第一循環(huán)裝置、第二循環(huán)裝置、第三循環(huán)裝置和第四循環(huán)裝置安裝完畢，向第一水箱單元5、第二水箱單元7、第三水箱單元17和第四水箱單元19中注入等量的水；

(2)打開(kāi)第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21，讓第一水箱單元5、第二水箱單元7、第三水箱單元17和第四水箱單元19的水循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21的馬力獲得需要的水流速度，同時(shí)保證水速儀的測(cè)量數(shù)值相同，此時(shí)分別記錄第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21上的馬力數(shù)值，關(guān)閉第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21；

(3)將雙體船放入第一水箱和第二水箱內(nèi)，調(diào)整船體平衡，第一船體6與第一柔性橡膠薄膜相接觸處進(jìn)行密封，第二船體18與第二柔性橡膠薄膜相接觸處進(jìn)行密封，然后在向第一水箱單元5、第二水箱單元7、第三水箱單元17和第四水箱單元19中注水，位于對(duì)角的第一水箱單元5和第三水箱單元17注水量相同，位于對(duì)角的第二水箱單元7和第四水箱單元19中注水量相同，且第一水箱單元5的注水量大于第二水箱單元7，并讀出其數(shù)值，此時(shí)打開(kāi)第一水泵1、第二水泵13、第三水泵14、第四水泵21，調(diào)整到步驟(2)中所用的馬力，最后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并進(jìn)行整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。