本發(fā)明涉及一種船模水池風載荷模擬裝置，屬于船模試驗水池風載荷模擬技術領域。

背景技術：

船舶風載荷對船舶航行性能、操縱性能有較大的影響。在船舶港灣作業(yè)、駁船頂推作業(yè)、船舶港口系泊和動力定位等特殊工況下，船舶風載荷的影響更顯重要。同時，隨著綠色船型研究逐步深入，imo提出的新船能效設計指數(shù)(eedi)的逐步實施，風載荷研究越來越多地走進業(yè)內人士的視野。

當前，船舶風載荷的計算方法主要包括風洞試驗測量、經(jīng)驗公式估算和數(shù)值建模計算。風洞試驗是目前獲得風載荷最為準確的方法，但是具有試驗成本高、試驗周期長等缺點，對每一條船均進行風洞試驗是不切實際的。使用經(jīng)驗公式和數(shù)值計算的方法會受到船模類型及模型尺度的影響使得其應用范圍受到限制。本發(fā)明能夠在船模試驗時對風載荷進行精確模擬，對船舶性能的研究有一定的促進作用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種船模水池風載荷模擬裝置，結構設計簡單，成本較低，能夠有效的進行船模風載荷模擬，實現(xiàn)了安全性與經(jīng)濟性的統(tǒng)一。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：包括桁架結構、升降機構、風載荷模擬器、拖車連接架，所述桁架結構包括桁主體和對稱設置在桁架主體兩側下端的滑動裝置，且桁架結構通過滑動裝置安裝在水池上的導軌上，所述升降機構有兩組且每組升降機構包括安裝在桁架下端面上的電機控制箱、安裝在電機控制箱輸出端的主動輪、同時與主動輪嚙合的兩個從動輪、與兩個從動輪軸連接的螺旋桿和安裝在螺旋桿上的連接塊，所述風載荷模擬器是由動力段、與動力段端部連接的彎管段、與彎管段端部連接的整流段、與整流段端部連接的收縮段和與收縮段連接的平穩(wěn)段拼接而成，且動力段位于整流段、收縮段、平穩(wěn)段的上方，所述收縮段是可伸縮的套管，所述平穩(wěn)段端部的內壁上設置有四個皮托管或速度傳感器，風載荷模擬器的動力段設置在桁架結構上設置的風載荷模擬器支撐架上，風載荷模擬器的下方的整流段、收縮段設置在四個連接塊之間，所述拖車連接架包括連接板和與連接板垂直連接的連接桿，所述連接板位于桁架結構的端面上。

本發(fā)明還包括這樣一些結構特征：

1.所述滑動裝置包括設置下導軌正上方的滑動輪和對稱設置在導軌兩側的輔助輪。

2.所述動力段內設置有電機設備和螺旋槳陣；所述整流段內設置有阻尼網(wǎng)；所述彎管段是圓形圓管或直角彎管，且在彎管段的彎管處設置有導流片。

3.所述導流片的剖面形狀是機翼型或圓弧型或圓弧直邊型。

4.所述阻尼網(wǎng)上設置的空隙陣列的截面形狀是是圓形陣列或是正五邊形陣列或三角形陣列。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結構簡單，使用方便，易于生產(chǎn)制造，為研究船模在風浪流環(huán)境下的性能提供了便利，提高了實船性能預報精度；該裝置適合各類型的船模試驗水池，應用前景廣泛。本發(fā)明的桁架結構橫跨在船模試驗水池軌道上，為風載荷模擬器、升降機構、拖車連接架提供主要支撐，桁架結構底端設有滑動裝置，可以使整個裝置能夠沿水池長度方向上水平運動；風載荷模擬器是船模水池風載荷模擬裝置的核心組成部分，其包括動力段、彎管段、整流段、阻尼網(wǎng)、收縮段、平穩(wěn)段組成，在彎管段設有導流片以及整流段設有整流網(wǎng)和阻尼網(wǎng)用來保證風向穩(wěn)定以及改善風流的湍流度，收縮段用來加速使風速達到預計目標，出風口處設有四個皮托管或速度傳感器用來監(jiān)測風速大小變化；升降機構可以調節(jié)風載荷模擬器的高度位置以適應不同模型試驗所需要的風載荷需求；拖車連接架使得船模水池風載荷模擬裝置與拖車相互連接，可以研究船模在航行狀態(tài)下計及風載荷時的性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的船模水池風載荷模擬裝置整體結構示意圖；

圖2a、圖2b、圖2c分別是本發(fā)明的船模水池風載荷模擬裝置主視方向示意圖、側視方向示意圖、俯視方向示意圖；

圖3是本發(fā)明的桁架結構示意圖；

圖4a和圖4b分別是本發(fā)明的風載荷模擬器主視方向示意圖和立體圖；

圖5是本發(fā)明的動力段螺旋槳陣的示意圖；

圖6a、圖6b、圖6c分別是本發(fā)明的彎管段導流裝置的三種剖面圖；

圖7是本發(fā)明的整流段圓孔整流箱的示意圖；

圖8是本發(fā)明的收縮段相關參數(shù)圖；

圖9是本發(fā)明的平穩(wěn)段出口測速儀器布置圖；

圖10是本發(fā)明的升降機構結構示意圖。

圖中：1.桁架結構、2.風載荷模擬器、3.升降機構、4.拖車連接架、5.導軌、6.桁架主體、7.風載荷模擬器支撐架、8.滑動裝置、9.滑動輪、10.輔助輪、12.動力段、13彎管段、14.整流段和阻尼網(wǎng)、15.收縮段、16.平穩(wěn)段、17.皮托管或速度傳感器、18.螺旋桿、19.連接塊、20.升降機控制箱、21.電機輸出端、22.主動輪、23.從動輪。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結合圖1至圖10，本發(fā)明包括桁架結構1、風載荷模擬器2、升降機構3、拖車連接架4。所述桁架結構橫跨在船模試驗水池軌道5上，為風載荷模擬器、升降機構、拖車連接架提供主要支撐，所述桁架結構由桁架主體(支撐架)6和滑動裝置組成8，可以為整個裝置提供支撐，并可以使整個裝置能夠沿水池長度方向上水平運動，滑動裝置是由一個滾動輪9和兩個輔助輪10組成；滾動輪可以使裝置水平移動，輔助輪用來保證桁架結構兩側在移動時保持平行；風載荷模擬器是船模水池風載荷模擬裝置的核心組成部分，其包括動力段12、彎管段13、整流段14、阻尼網(wǎng)、收縮段15、平穩(wěn)段16，所述動力段由電機設備、螺旋槳陣組成，為風載荷模擬器提供風源；所述彎管段是可伸縮套管，與升降機構相互配合，使得風載荷模擬器在垂直方向上伸縮幅度可以達到1m，且彎管段可以設置成圓形彎管和直角彎管，在彎管段設有導流片，導流片剖面形狀可以是機翼型、圓弧型、圓弧直邊型；整流段設有整流網(wǎng)和阻尼網(wǎng)用來保證風向穩(wěn)定以及改善風流的湍流度，流箱或阻尼網(wǎng)剖面空隙可以是圓形、正五邊形、三角形；所述收縮段為加速段，通過設置收縮段剖面曲線形式可以使風速達到預設速度，也即收縮段用來加速使風速達到預計目標，所述平穩(wěn)段為一段平行裝置，其寬度與水池寬度之比為1/2，出風口處設有四個皮托管17或速度傳感器用來監(jiān)測風速大小變化；升降機構可以調節(jié)風載荷模擬器的高度位置以適應不同模型試驗所需要的風載荷需求，且所述升降機構3有兩組且每組升降機構包括安裝在桁架下端面上的電機控制箱20、安裝在電機控制箱輸出端21的主動輪22、同時與主動輪嚙合的兩個從動輪23、與兩個從動輪軸連接的螺旋桿18和安裝在螺旋桿上的連接塊19；拖車連接架由連接板和連接桿組成，拖車連接架4使得船模水池風載荷模擬裝置與拖車相互連接，可以研究船模在航行狀態(tài)下計及風載荷時的性能，提高了實船性能預報精度。

風載荷模擬裝置相關結構組成及其有關參數(shù)介紹：

如圖3所示，桁架結構中的滑動裝置在風載荷模擬裝置與拖車相連接后可以進行拆卸，避免在行進過程中與導軌發(fā)生摩擦碰撞；

如圖5所示，風載荷模擬器中動力段布置有風源發(fā)生器即螺旋槳陣，由四個螺旋槳排成一列組成，其個數(shù)與布置方式可依據(jù)實際需要而進行適當更改；

風載荷模擬器中彎管段的形式可以是直角形或圓弧形，并能夠在垂直方向上進行伸縮，其伸縮范圍可達1m；由于風流在經(jīng)過彎管處方向會發(fā)生變化，甚至可能會有二次流的產(chǎn)生，因此在彎管處布置有導流裝置，如圖6a、圖6b和圖6c所示，其剖面形式可以是機翼型(圖6a)、圓弧型(圖6b)、圓弧直邊型(圖6c)，其作用是將來流的方向變?yōu)榕c實驗所需風向一致，并能減小二次流的發(fā)生；

如圖7所示，風載荷模擬器中整流段設有整流箱和阻尼網(wǎng)，其作用主要是繼續(xù)修正來流的方向并能改善來流的湍流度；

如圖8所示，本發(fā)明的風載荷模擬器中收縮段主要是為了給來流提供一個加速的過程，通過設置收縮曲線相關參數(shù)，可以使來流達到預計風速；其收縮曲線表達式可為：

維式曲線：

五次曲線：

雙三次曲線：

其中：n為收縮段的收縮比；l為收縮段的長度；x為收縮曲線某一位置軸向長度；xm為收縮段收縮曲線中前后段長度比；

如圖9所示，風載荷模擬器中平穩(wěn)段為來流提供出口，在平穩(wěn)段的壁面上安裝四個皮托管或速度傳感器，為速度的測量和反饋提供依據(jù)

本發(fā)明的工作過程是：通過桁架結構1中的滑動裝置8將風載荷模擬裝置移動到水池某一固定位置處，然后調節(jié)升降機構3，升降機構3通過連接塊19與風載荷模擬器相連使得風載荷模擬器出風口到達試驗所需高度位置；啟動模擬器的動力段12產(chǎn)生風源，然后經(jīng)過彎管段13、整流段和阻尼網(wǎng)14、收縮段15、平穩(wěn)段16，出風口處設有四個皮托管或速度傳感器用來監(jiān)測風速大小變化，最終產(chǎn)生船模試驗所需要的風載荷；拖車連接架4使得船模水池風載荷模擬裝置與拖車相互連接，可以研究船模在航行狀態(tài)下計及風載荷時的性能，提高了實船性能預報精度。

綜上，本發(fā)明是一種新型風載荷發(fā)生裝置，將桁架結構固定在水池某一位置處，通過調節(jié)升降機構使得出風口達到試驗所需高度位置，啟動電機設備至某一功率使得螺旋槳轉動產(chǎn)生風源，由彎管處導流使得風速方向變?yōu)檠刂S向傳遞并減少二次流的產(chǎn)生，再經(jīng)整流段內的整流箱和阻尼網(wǎng)更好的修正風向并能改善風流的湍流度，然后通過收縮段對風流進行加速達到預計風速；該裝置還可以通過拖車連接架固定在拖車上與拖車同步行駛進行相關試驗。